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JP5919192B2 - Preparation of β-amino acids - Google Patents
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Description

本発明は、場合により置換されたまたはされていないジヒドロウラシルから、ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼを用いて、βアミノ酸前駆体を生体触媒により生産するためのプロセス、前記の前駆体からβアミノ酸を生産するためのプロセス、βアミノ酸前駆体もしくはβアミノ酸を生体触媒により生産するための前記プロセスにおけるヒダントイナーゼおよびその使用、ならびに前記ヒダントイナーゼを取得する方法に関する。   The present invention relates to a process for biocatalytically producing β-amino acid precursors from optionally substituted or unsubstituted dihydrouracil using hydantoinase and / or dihydropyrimidinase, β-amino acids from said precursors The present invention relates to a hydantoinase and its use in the process for producing a β-amino acid precursor or β-amino acid with a biocatalyst, and a method for obtaining the hydantoinase.

鏡像異性的に純粋なβアミノ酸は、広範な生物活性を有する新規治療薬のために重要なな構成要素である。これを調製するためにいくつかの生体触媒による経路が開発されているが、広く一般に適用できる単一の方法はまだない。同様に、化学触媒によるβアミノ酸への経路が少し開発されているが、ほとんどが化学量論的量のキラル補助基を必要とする。   Enantiomerically pure β-amino acids are an important component for new therapeutic agents with a wide range of biological activities. Several biocatalytic pathways have been developed to prepare this, but there is still no single method that is widely applicable in general. Similarly, a slightly catalyzed route to β-amino acids has been developed, but most require a stoichiometric amount of chiral auxiliary.

ジヒドロピリミジナーゼおよびヒダントイナーゼは、アミノ酸もしくはその前駆体の、生体触媒による合成のための、可能性のある候補である。GaeblerおよびKeltchは、1920年代にヒダントイナーゼの切断活性を最初に報告した(Gaebler, O. H.; Keltch, A. K. On the metabolism of hydantoins and hydantoic acid, 1926; Vol. 70)。1950年代にEadieらによって当初、示唆されたのは、微生物のヒダントイナーゼは動物のジヒドロピリミジナーゼと同じであるということであった(Eadie, G.; Bernheim, F.; Bernheim, M. Journal of Biological Chemistry 181: 449-458, 1949)。仔ウシ肝臓および植物から単離されたジヒドロピリミジナーゼ酵素は、ジヒドロウラシルおよびジヒドロチミンの加水分解を触媒して、それぞれN-カルバモイル-β-アラニンおよびN-カルバモイル-2-メチル-β-アラニンとした。前記酵素はまた、(R)-5-モノ置換ヒダントインを切断して(R)-N-カルバモイルアミノ酸とした。最近の文献は概して、微生物起源のD-ヒダントイナーゼが動物のジヒドロピリミジナーゼの同等物であると見なしうることを提唱しており、Nonakaおよびその共同研究者らは、これら2つの酵素の間に進化的な関連性を示唆している(Hamajima, N.; Matsuda, K.; Sakata, S.; Tamaki, N.; Sasaki, M.; Nonaka, M. Gene 180:157-163, 1996)。Syldatkらは、ジヒドロピリミジナーゼとヒダントイナーゼが必ずしも同じ酵素ではないと結論づけている(Syldatk, C.; May, O.; Altenbuchner, J.; Mattes, R.; Siemann, M. Applied Microbiology and Biotechnology 51:293-309, 1999)。ヒダントイナーゼのエナンチオ選択性の相違は、特異性にしたがってそれらを、D-、L-、もしくは非特異的として分類するのによく用いられる(Ogawa, J.; Shimizu, S. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 2:163-176, 1997)。   Dihydropyrimidinase and hydantoinase are potential candidates for biocatalytic synthesis of amino acids or their precursors. Gaebler and Keltch first reported hydantoinase cleavage activity in the 1920s (Gaebler, O. H .; Keltch, A. K. On the metabolism of hydantoins and hydantoic acid, 1926; Vol. 70). Initially suggested by Eadie et al. In the 1950s, microbial hydantoinase was the same as animal dihydropyrimidinase (Eadie, G .; Bernheim, F .; Bernheim, M. Journal of Biological Chemistry 181: 449-458, 1949). Dihydropyrimidinase enzymes isolated from calf liver and plants catalyze the hydrolysis of dihydrouracil and dihydrothymine to give N-carbamoyl-β-alanine and N-carbamoyl-2-methyl-β-alanine, respectively. It was. The enzyme also cleaves (R) -5-monosubstituted hydantoins to (R) -N-carbamoyl amino acids. Recent literature generally suggests that D-hydantoinase of microbial origin can be regarded as the equivalent of animal dihydropyrimidinase, and Nonaka and its collaborators This suggests an evolutionary relationship (Hamajima, N .; Matsuda, K .; Sakata, S .; Tamaki, N .; Sasaki, M .; Nonaka, M. Gene 180: 157-163, 1996). Syldatk et al. Conclude that dihydropyrimidinase and hydantoinase are not necessarily the same enzyme (Syldatk, C .; May, O .; Altenbuchner, J .; Mattes, R .; Siemann, M. Applied Microbiology and Biotechnology 51 : 293-309, 1999). Differences in the enantioselectivity of hydantoinases are often used to classify them as D-, L-, or non-specific according to specificity (Ogawa, J .; Shimizu, S. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 2: 163-176, 1997).

ヒダントイナーゼおよびジヒドロピリミジナーゼ酵素について使用される命名システムに起因する問題は、特に初期の学術雑誌においてその用語が互いに区別されずに使用されたという事実によってさらに深刻化する。アミドヒドロラーゼは、環状アミダーゼとも呼ばれ[E.C.3.5.2]、15個以上の酵素からなる一群であるが、これらの酵素はいずれも環状アミド環に作用し、多くの高度に保存された領域、および不変のアミノ酸領域を有している(Kim, G. J.; Cheon, Y. H.; Kim, H. S. Biotechnology and Bioengineering 1998, 61, 1-13)。この酵素群にはカルボキシメチルヒダントイナーゼ[E.C.3.5.2.4]、アラントイナーゼ[E.C.3.5.2.5]、1-メチルヒダントイナーゼ[E.C.3.5.2.14]、およびカルボキシエチルヒダントイナーゼが含まれるが、これらはいずれも、基質が天然に存在するヒダントイン誘導体であるので、科学的にはただ1つのヒダントイナーゼである。   The problem due to the naming system used for hydantoinase and dihydropyrimidinase enzymes is exacerbated by the fact that the terms were used indistinguishable from each other, especially in early academic journals. Amidohydrolases, also called cyclic amidases [EC3.5.2], are a group of 15 or more enzymes, all of which act on the cyclic amide ring and are in many highly conserved regions, And has an invariant amino acid region (Kim, GJ; Cheon, YH; Kim, HS Biotechnology and Bioengineering 1998, 61, 1-13). This group of enzymes includes carboxymethylhydantoinase [EC3.5.2.4], allantoinase [EC3.5.2.5], 1-methylhydantoinase [EC3.5.2.14], and carboxyethylhydantoinase. All of these are scientifically only one hydantoinase because the substrate is a naturally occurring hydantoin derivative.

環状アミダーゼのより広範な分類に入る他の酵素には、ジヒドロオロターゼ[E.C.3.5.2.3] およびジヒドロピリミジナーゼ [E.C.3.5.2.2]があるが、後者は(R)-5-モノ置換ヒダントイン誘導体を加水分解する能力から、通常D-ヒダントイナーゼと称される。このスーパーファミリーのタンパク質は、N-カルバモイルアミノ酸が前生物的ペプチドの最初のシントンであったと仮定すると、おそらく有史以前の地球において進化したのであろう。   Other enzymes that fall into the broader class of cyclic amidases include dihydroorotase [EC3.5.2.3] and dihydropyrimidinase [EC3.5.2.2], the latter being (R) -5-monosubstituted hydantoins Because of its ability to hydrolyze derivatives, it is usually called D-hydantoinase. This superfamily of proteins probably evolved on prehistoric Earth, assuming that the N-carbamoyl amino acid was the first synthon of the prebiotic peptide.

5-置換ヒダントイン(R)-1および(S)-1のラセミ混合物を、それに対応するN-カルバモイル誘導体(R)-2および(S)-2へと、エナンチオ選択的に加水分解するためのヒダントイナーゼの使用は、十分に確立されており(下記スキーム1参照)、文献に記載されている(Morin, Enzyme Microb. Technol. 15:208-214, 1993; Fan and Lee, Biochemical Engineering J. 8:157-164, 2001; Arcuri et al., J. Molecular Catalysis B 21:107-111, 2003; Arcuri et al., Amino Acids 19:477-482, 2000)。それは、この技術を用いて特定のD-(R)-アミノ酸(R)-3を生産するためのスケールで工業的プロセスが稼働するような段階に達している。これらのプロセスの重要な態様は、エナンチオマー(S)-1のin situラセミ化、ならびにカルバモイラーゼにより触媒される(R)-2の加水分解であって、これは動的速度論的光学分割(DKR)反応をもたらす。   For enantioselective hydrolysis of racemic mixtures of 5-substituted hydantoins (R) -1 and (S) -1 to the corresponding N-carbamoyl derivatives (R) -2 and (S) -2 The use of hydantoinase is well established (see Scheme 1 below) and is described in the literature (Morin, Enzyme Microb. Technol. 15: 208-214, 1993; Fan and Lee, Biochemical Engineering J. 8: 157-164, 2001; Arcuri et al., J. Molecular Catalysis B 21: 107-111, 2003; Arcuri et al., Amino Acids 19: 477-482, 2000). It has reached a stage where an industrial process operates on a scale to produce specific D- (R) -amino acids (R) -3 using this technology. An important aspect of these processes is the in situ racemization of enantiomer (S) -1 as well as the hydrolysis of (R) -2 catalyzed by carbamoylase, which is dynamic kinetic optical resolution (DKR) ) Bring reaction.

(スキーム1)

Figure 0005919192
(Scheme 1)
Figure 0005919192

酵素が一方のエナンチオマーをもう一方より早く反応回転させる場合、速度論的光学分割が生じる。しかしながら、このタイプの反応の最大収率は50%にすぎず、生成物を出発材料から分離する必要がある。動的速度論的光学分割において、エナンチオマーはラセミ化して、(R)-および(S)-エナンチオマーが化学平衡をなしており、容易に相互転換する。速く反応するエナンチオマーが対応する生成物に変換されると、ラセミ化によってそのエナンチオマーが補充されるので、最大100%までの収率が可能となる。   If the enzyme rotates one enantiomer faster than the other, kinetic resolution occurs. However, the maximum yield of this type of reaction is only 50% and the product needs to be separated from the starting material. In dynamic kinetic resolution, the enantiomers racemize and the (R)-and (S) -enantiomers are in chemical equilibrium and readily interconvert. When a rapidly reacting enantiomer is converted to the corresponding product, racemization supplements the enantiomer, allowing yields up to 100%.

ラセミ体5-置換ヒダントインのエナンチオ選択的加水分解とは対照的に、βアミノ酸(RもしくはS)-6への経路として、6-置換ジヒドロウラシル(+/-)-4(スキーム2参照)の、対応するN-カルバモイル誘導体(RもしくはS)-5へのエナンチオ選択的加水分解を実行する可能性は、ほとんどまったく注目されなかった。Syldatk らは、1998年に(May, O.; Siemann, M.; Pietzsch, M.; Kiess, M.; Mattes, R.; Syldatk, C. J. Biotechnol. 61:1-13, 1998)、ジヒドロウラシル((+/-)-4、このRはHを表す)の加水分解のためのArthrobacter aurescens由来ヒダントイナーゼの使用を報告し、その後2003年には、ポスターにおいて、5-フェニルヒダントイン((R)-1および(S)-1、それぞれRはスキーム1においてPhを表す)と比べてエナンチオ選択性は弱く反応速度は低いことが認められたものの、このヒダントイナーゼを6-フェニルジヒドロウラシル(6-PDHU、(+/-)-4、ここではRはフェニルを表す)の分割に適用できることを記載した。   In contrast to enantioselective hydrolysis of racemic 5-substituted hydantoins, as a route to β-amino acids (R or S) -6, 6-substituted dihydrouracil (+/-)-4 (see Scheme 2) The possibility of performing enantioselective hydrolysis to the corresponding N-carbamoyl derivative (R or S) -5 received little attention. Syldatk et al. In 1998 (May, O .; Siemann, M .; Pietzsch, M .; Kiess, M .; Mattes, R .; Syldatk, CJ Biotechnol. 61: 1-13, 1998), dihydrouracil ( Reported the use of Hydantoinase from Arthrobacter aurescens for the hydrolysis of (+/-)-4, where R represents H), and in 2003, in a poster, 5-phenylhydantoin ((R) -1 And (S) -1, where R represents Ph in Scheme 1, respectively, although the enantioselectivity was weak and the reaction rate was observed to be low, this hydantoinase was converted to 6-phenyldihydrouracil (6-PDHU, ( +/-)-4, where R represents phenyl).

(スキーム2)

Figure 0005919192
(Scheme 2)
Figure 0005919192

日本特許出願JP06261787は、Pseudomonas putida IFO 12996を用いた6-PDHUの加水分解について最大51%の鏡像体過剰率を報告した;6-アルキル置換基を有する基質について、よりよい選択性(最大93%の鏡像体過剰)が得られた。βアミノ酸前駆体もしくはβアミノ酸を生体触媒により生産するための改良法が必要であるのは明白である。   Japanese patent application JP06261787 reported up to 51% enantiomeric excess for hydrolysis of 6-PDHU using Pseudomonas putida IFO 12996; better selectivity (up to 93% for substrates with 6-alkyl substituents) (Enantiomer excess). Clearly there is a need for improved methods for the production of β-amino acid precursors or β-amino acids by biocatalysis.

日本特許出願JP06261787Japanese patent application JP06261787

Gaebler, O. H.; Keltch, A. K. On the metabolism of hydantoins and hydantoic acid, 1926; Vol. 70Gaebler, O. H .; Keltch, A. K. On the metabolism of hydantoins and hydantoic acid, 1926; Vol. 70 Eadie, G.; Bernheim, F.; Bernheim, M. Journal of Biological Chemistry 181: 449-458, 1949Eadie, G .; Bernheim, F .; Bernheim, M. Journal of Biological Chemistry 181: 449-458, 1949 Hamajima, N.; Matsuda, K.; Sakata, S.; Tamaki, N.; Sasaki, M.; Nonaka, M. Gene 180:157-163, 1996Hamajima, N .; Matsuda, K .; Sakata, S .; Tamaki, N .; Sasaki, M .; Nonaka, M. Gene 180: 157-163, 1996 Syldatk, C.; May, O.; Altenbuchner, J.; Mattes, R.; Siemann, M. Applied Microbiology and Biotechnology 51:293-309, 1999Syldatk, C .; May, O .; Altenbuchner, J .; Mattes, R .; Siemann, M. Applied Microbiology and Biotechnology 51: 293-309, 1999 Ogawa, J.; Shimizu, S. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 2:163-176, 1997Ogawa, J .; Shimizu, S. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 2: 163-176, 1997 Kim, G. J.; Cheon, Y. H.; Kim, H. S. Biotechnology and Bioengineering 1998, 61, 1-13Kim, G. J .; Cheon, Y. H .; Kim, H. S. Biotechnology and Bioengineering 1998, 61, 1-13 Morin, Enzyme Microb. Technol. 15:208-214, 1993; Fan and Lee, Biochemical Engineering J. 8:157-164, 2001;Morin, Enzyme Microb. Technol. 15: 208-214, 1993; Fan and Lee, Biochemical Engineering J. 8: 157-164, 2001; Arcuri et al., J. Molecular Catalysis B 21:107-111, 2003;Arcuri et al., J. Molecular Catalysis B 21: 107-111, 2003; Arcuri et al., Amino Acids 19:477-482, 2000Arcuri et al., Amino Acids 19: 477-482, 2000 May, O.; Siemann, M.; Pietzsch, M.; Kiess, M.; Mattes, R.; Syldatk, C. J. Biotechnol. 61:1-13, 1998May, O .; Siemann, M .; Pietzsch, M .; Kiess, M .; Mattes, R .; Syldatk, C. J. Biotechnol. 61: 1-13, 1998

(発明の簡単な説明)
第1の態様において、本発明の目的は、βアミノ酸前駆体を、生体触媒によって立体特異的に、より詳細にはエナンチオ選択的に生産するためのプロセスによって解決されたが、該プロセスは、少なくとも1つの一般式(I)

Figure 0005919192
(Brief description of the invention)
In a first aspect, the object of the present invention has been solved by a process for producing a β-amino acid precursor stereospecifically, more particularly enantioselectively with a biocatalyst, said process comprising at least One general formula (I)
Figure 0005919192

[式中、R1 およびR2 は、互いに独立して、水素;
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖低級アルキル基;
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖低級アルケニル基;
置換されていてもよい、環状アルキル基;
置換されていてもよい、単環式もしくは多環式アリール基;
置換されていてもよい、単環式もしくは多環式ヘテロアリール基;
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖アルコキシ基;
アミノ基;
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖アルキルアミノ基;
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖アルキルチオ基;
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖アシル基;
カルボキシル基または
アルデヒド基
から選択される]
で表される基質であって、
立体異性として純粋な形態、たとえば(R)-もしくは(S)-異性体、または立体異性体の混合物、たとえばラセミ混合物、
または前記化合物の塩、たとえば酸付加塩;
の形態をとる前記基質を、
ヒダントインおよび/またはジヒドロピリミジン環の加水分解を触媒する、少なくとも1つの酵素、具体的にはヒダントイナーゼおよびジヒドロピリミジナーゼから選択されるが、より詳細にはヒダントイナーゼであって、特に、変換すべき化合物の特定の異性体に優先傾向を有する酵素の存在下で;ならびに、必要に応じて、一般式(I)の前記化合物の立体異性体を相互転換する能力をもつ少なくとも1つの酵素の存在下で、反応させ、
その結果、一般式(II)のβアミノ酸前駆体

Figure 0005919192
[Wherein R 1 and R 2 are independently of each other hydrogen;
A linear or branched lower alkyl group which may be substituted;
A linear or branched lower alkenyl group which may be substituted;
A cyclic alkyl group which may be substituted;
An optionally substituted monocyclic or polycyclic aryl group;
An optionally substituted monocyclic or polycyclic heteroaryl group;
A linear or branched alkoxy group which may be substituted;
An amino group;
A linear or branched alkylamino group which may be substituted;
A linear or branched alkylthio group which may be substituted;
A linear or branched acyl group which may be substituted;
Selected from carboxyl group or aldehyde group]
A substrate represented by
Stereoisomerically pure forms, such as (R)-or (S) -isomers, or mixtures of stereoisomers, such as racemic mixtures,
Or a salt of said compound, for example an acid addition salt;
The substrate in the form of
Selected from at least one enzyme that catalyzes the hydrolysis of the hydantoin and / or dihydropyrimidine ring, in particular hydantoinase and dihydropyrimidinase, more particularly a hydantoinase, in particular a compound to be converted In the presence of an enzyme that has a preference for a particular isomer of; and optionally in the presence of at least one enzyme capable of interconverting the stereoisomer of said compound of general formula (I) React
As a result, β-amino acid precursor of general formula (II)
Figure 0005919192

[式中、R1 およびR2 は上記と同一である]
を生成すること;
を含んでなるプロセスであって、
前記プロセスは、ヒダントインおよび/またはジヒドロピリミジン環の加水分解を触媒する少なくとも1つの酵素、具体的にはヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼが、アズキ(Vigna angularis)から得られること、および/または、下記の部分配列の少なくとも1つに対して約60から100%の同一性を有する、少なくとも1つの部分配列を含有すること、
ITGPEGQRLAGP (配列番号7)
IELGITGPEGQRLAGPTVL (配列番号1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (配列番号2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (配列番号3)
IELITGPEGQRLAGPVL (配列番号4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (配列番号5)、
たとえば、配列番号5および7の部分配列の少なくとも1つに対して60%から100%までの同一性を有する、少なくとも1つの部分配列を含有することを特徴とする。
[Wherein R 1 and R 2 are the same as above]
Generating;
A process comprising:
Said process wherein at least one enzyme catalyzing the hydrolysis of the hydantoin and / or dihydropyrimidine ring, in particular hydantoinase and / or dihydropyrimidinase is obtained from azuki bean (Vigna angularis), and / or Containing at least one partial sequence having about 60 to 100% identity to at least one of the following partial sequences;
ITGPEGQRLAGP (SEQ ID NO: 7)
IELGITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 3)
IELITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (SEQ ID NO: 5),
For example, it is characterized in that it contains at least one partial sequence having 60% to 100% identity to at least one of the partial sequences of SEQ ID NOs: 5 and 7.

ある実施形態によれば、プロセスはさらに、式(2)の前記βアミノ酸前駆体を、対応する式(III)のβアミノ酸に変換することによる追加のステップを含んでいるが、

Figure 0005919192
According to certain embodiments, the process further comprises an additional step by converting said beta amino acid precursor of formula (2) to the corresponding beta amino acid of formula (III),
Figure 0005919192

[式中、R1 およびR2 は、前記と同じ意味を有する]。 [Wherein R 1 and R 2 have the same meaning as described above].

他の実施形態によると、βアミノ酸前駆体の変換は、酸性pHで、好ましくは亜硝酸の存在下で、またはカルバモイラーゼの存在下で起こる。   According to other embodiments, the conversion of the β-amino acid precursor occurs at acidic pH, preferably in the presence of nitrite or in the presence of carbamoylase.

他の実施形態によれば、少なくとも1つのヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼ(特にE.C.3.5.2.2の酵素)は、アグロバクテリウム(Agrobacterium)、アルスロバクター(Arthrobacter)、シュードモナス(Pseudomonas)およびササゲ(Vigna)属の生物、特にアズキ(Vigna angularis)から得られる酵素である。   According to another embodiment, the at least one hydantoinase and / or dihydropyrimidinase (especially an enzyme of EC 3.5.2.2) is Agrobacterium, Arthrobacter, Pseudomonas and cowpea. It is an enzyme obtained from organisms of the genus (Vigna), in particular from azuki (Vigna angularis).

他の態様によると、一般式(I)から(III)において、R2はHであり、R1はHとは異なる。 According to another embodiment, in general formulas (I) to (III), R 2 is H and R 1 is different from H.

他の態様によれば、一般式(I)から(III)において、R2はHであり、R1は、置換されていてもよいアリール基である。 According to another embodiment, in general formulas (I) to (III), R 2 is H and R 1 is an optionally substituted aryl group.

特に、式(II)および(III)の化合物、ならびに式(I)の化合物も、R2はHであるだけであるが、R1はHとは異なるので、(S)異性体として、立体異性の純粋な形態で、または立体異性体過剰(具体的には93%より高い、好ましくは95-99%の範囲内の、または99%を越えるee値を有する)の状態で存在することが好ましい。 In particular, the compounds of formulas (II) and (III), as well as the compounds of formula (I), also have R 2 being H, but R 1 is different from H, so as (S) isomer Exist in a pure isomeric form or in a stereoisomeric excess (specifically having an ee value greater than 93%, preferably in the range of 95-99% or greater than 99%). preferable.

他の実施形態によれば、反応は、Trisバッファーまたはホウ酸バッファーで緩衝化された反応混合物中で実施されるが、Tris緩衝反応混合物が好ましい。   According to other embodiments, the reaction is carried out in a reaction mixture buffered with Tris buffer or borate buffer, with a Tris buffer reaction mixture being preferred.

他の実施形態によれば、反応は約7.0から約11.0までのpHで実施されるが、好ましくは約7.5から約10.0までのpHであり、約7.5から約8.0までのpHが特に好ましい。   According to other embodiments, the reaction is carried out at a pH of about 7.0 to about 11.0, but preferably has a pH of about 7.5 to about 10.0, with a pH of about 7.5 to about 8.0 being particularly preferred.

他の実施形態によると、反応は約1%から約20%までのジメチルスルホキシドの存在下で実施されるが、好ましくは約10% ジメチルスルホキシド存在下で行われる。   According to another embodiment, the reaction is carried out in the presence of about 1% to about 20% dimethyl sulfoxide, but is preferably carried out in the presence of about 10% dimethyl sulfoxide.

他の実施形態によれば、反応は、約30℃〜約60℃の範囲の温度で、好ましくは約30℃〜約50℃、特に約40℃〜約50℃の範囲の温度で実施される。   According to another embodiment, the reaction is carried out at a temperature in the range from about 30 ° C. to about 60 ° C., preferably at a temperature in the range from about 30 ° C. to about 50 ° C., in particular from about 40 ° C. to about 50 ° C. .

他の実施例によれば、反応は約1時間から約25時間まで実施されるが、好ましくは約3時間から約10時間まで、特に約4時間から約5時間まで実施される。   According to another embodiment, the reaction is carried out from about 1 hour to about 25 hours, but is preferably carried out from about 3 hours to about 10 hours, especially from about 4 hours to about 5 hours.

他の実施形態によると、少なくとも1つの基質は、5位または6位で一置換されたジヒドロウラシル、特に、6-フェニルジヒドロウラシル、6-(4-フルオロフェニル)-ジヒドロウラシル、6-(4-クロロフェニル)-ジヒドロウラシル、5-メチルジヒドロウラシル、および6-メチルジヒドロウラシルの中から選択される。   According to another embodiment, the at least one substrate is dihydrouracil monosubstituted at the 5 or 6 position, in particular 6-phenyldihydrouracil, 6- (4-fluorophenyl) -dihydrouracil, 6- (4 -Chlorophenyl) -dihydrouracil, 5-methyldihydrouracil, and 6-methyldihydrouracil.

本発明のもう一つの態様は、加水分解に対して安定なペプチドである医薬活性薬剤、特に、抗生物質、抗がん薬、抗血栓薬、抗真菌薬、殺虫剤、駆虫薬、非ペプチド性インテグリンアンタゴニスト、アルカロイドおよび/または細胞毒性薬を製造するために、本発明のプロセスにより得られるβアミノ酸前駆体またはβアミノ酸を使用することに関する。   Another embodiment of the present invention is a pharmaceutically active agent which is a peptide that is stable against hydrolysis, in particular antibiotics, anticancer agents, antithrombotic agents, antifungal agents, insecticides, anthelmintics, non-peptidic agents It relates to the use of β-amino acid precursors or β-amino acids obtained by the process of the invention for the production of integrin antagonists, alkaloids and / or cytotoxic drugs.

本発明のもう一つの態様は、下記の部分配列の少なくとも1つ:
ITGPEGQRLAGP (配列番号7)
IELGITGPEGQRLAGPTVL (配列番号1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (配列番号2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (配列番号3)
IELITGPEGQRLAGPVL (配列番号4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (配列番号5)、
たとえば、配列番号5および7の部分配列の少なくとも1つ、
に対して60パーセントから100パーセントの同一性を有する、少なくとも1つの部分配列を含有するヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼを、本発明のプロセスのために使用することに関する。
Another embodiment of the present invention is at least one of the following partial sequences:
ITGPEGQRLAGP (SEQ ID NO: 7)
IELGITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 3)
IELITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (SEQ ID NO: 5),
For example, at least one of the partial sequences of SEQ ID NOs: 5 and 7,
A hydantoinase and / or dihydropyrimidinase containing at least one subsequence having 60 to 100 percent identity to the use of the process of the present invention.

本発明のもう一つの態様は、下記の部分配列の少なくとも1つ:
ITGPEGQRLAGP (配列番号7)
IELGITGPEGQRLAGPTVL (配列番号1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (配列番号2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (配列番号3)
IELITGPEGQRLAGPVL (配列番号4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (配列番号5)、
たとえば、配列番号5および7の部分配列の少なくとも1つ、
に対して60パーセントから100パーセント、たとえば100パーセント、の同一性を有する少なくとも1つの部分配列を含めて、上記部分配列の少なくとも1つを含有する、実質的に純粋なヒダントイナーゼに関する。
Another embodiment of the present invention is at least one of the following partial sequences:
ITGPEGQRLAGP (SEQ ID NO: 7)
IELGITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 3)
IELITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (SEQ ID NO: 5),
For example, at least one of the partial sequences of SEQ ID NOs: 5 and 7,
Relates to a substantially pure hydantoinase containing at least one of the partial sequences, including at least one partial sequence having 60 to 100 percent identity, for example 100 percent.

本発明のもう一つの態様は、実質的に純粋なヒダントイナーゼに関するが、このヒダントイナーゼは、前記酵素活性を自然に発現する、または組換えによって発現する生物から、細胞物質の粗抽出物を用意すること、ならびに前記粗抽出物を下記の連続精製ステップに供することによって得られる:
a) イオン交換クロマトグラフィー
b) 疎水性クロマトグラフィー
c) ゲル濾過
d) アフィニティクロマトグラフィー
e) 陰イオン交換
f) ゲル濾過。
Another embodiment of the present invention relates to a substantially pure hydantoinase, wherein the hydantoinase provides a crude extract of cellular material from an organism that naturally expresses the enzyme activity or is recombinantly expressed. As well as by subjecting the crude extract to the following continuous purification steps:
a) Ion exchange chromatography
b) Hydrophobic chromatography
c) Gel filtration
d) Affinity chromatography
e) Anion exchange
f) Gel filtration.

本発明のもう一つの態様は、実質的に純粋なヒダントイナーゼに関するが、このヒダントイナーゼは、配列番号1から5、および7の少なくとも1つを含んでなり、ならびに/または前記方法に従って単離される。好ましくは、このヒダントイナーゼは、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属、アルスロバクター(Arthrobacter)属、シュードモナス(Pseudomonas)属およびササゲ(Vigna)属の生物、特にアズキ(Vigna angularis)から得られる。   Another embodiment of the invention relates to a substantially pure hydantoinase, wherein the hydantoinase comprises at least one of SEQ ID NOs: 1 to 5, and 7, and / or is isolated according to said method. Preferably, this hydantoinase is obtained from organisms of the genera Agrobacterium, Arthrobacter, Pseudomonas and Vigna, in particular Vigna angularis.

もう一つの態様は、ヒダントイナーゼに関するものであって、このヒダントイナーゼは、配列番号1から5、および7の少なくとも1つを含んでなり、特に上記精製ステップを任意の順序で実質的に含んでなる方法によって、アズキ(Vigna angularis)から得られ、前記方法に従って単離されて、特に還元条件下でSDS-PAGE後にタンパク質バンドを、55±10、55±5 もしくは55±2、または約55 kDに示す。   Another embodiment relates to a hydantoinase, wherein the hydantoinase comprises at least one of SEQ ID NOs: 1 to 5, and 7, and in particular comprises substantially the purification steps in any order. Obtained from Azuki bean (Vigna angularis) and isolated according to the method described above, showing protein bands at 55 ± 10, 55 ± 5 or 55 ± 2, or about 55 kD, especially after SDS-PAGE under reducing conditions .

本発明のもう一つの態様は、本発明にしたがってβアミノ酸前駆体またはβアミノ酸を生体触媒により生産するプロセスのために、前記ヒダントイナーゼを使用することに関する。   Another aspect of the present invention relates to the use of said hydantoinase for the process of producing β-amino acid precursors or β-amino acids with a biocatalyst according to the present invention.

前記ヒダントイナーゼは、具体的には、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属、アルスロバクター(Arthrobacter)属、シュードモナス(Pseudomonas)属およびササゲ(Vigna)属の生物、特にアズキ(Vigna angularis)由来のヒダントイナーゼとすることができる。   Specifically, the hydantoinase is an organism of the genus Agrobacterium, Arthrobacter, Pseudomonas and Vigna, particularly hydantoinase derived from Vigna angularis. be able to.

本発明のもう一つの態様は、前記ヒダントイナーゼのうち任意のものを本発明の方法のために使用することに関する。   Another aspect of the present invention relates to the use of any of the above hydantoinases for the method of the present invention.

下記において本発明はより詳細に説明され、ここに図に言及することができる。
アズキ(Vigna angularis)から精製されたヒダントイナーゼのSDS-PAGEゲルを示す。 ラセミ体6-置換ジヒドロウラシルを合成するための2つの方法例を示す。 陰イオン交換クロマトグラフィー(DEAEカラム)によるN-カルバモイル-β-フェニルアラニン (NCBPA)、6-フェニルジヒドロウラシル (6-PDHU)、および酵素の分離を示す。 ヒダントイナーゼが6-PDHUの加水分解を触媒した後の逆相キラルHPLCの結果を示す。 6-PDHUのN-カルバモイル誘導体(NCBPA)への経時的変換率、およびそれぞれの鏡像体過剰率を示す。 ヒダントイナーゼ存在下もしくは非存在下での、N-カルバモイル-β-フェニルアラニンの環化を示す。 ヒダントイナーゼなしのTrisバッファー中における6-DPHUの化学的加水分解のpH依存性を示す。 6-DPHUのヒダントイナーゼによる酵素的変換のpH依存性を示す。 さまざまなpH値/バッファーの組み合わせにおける、ヒダントイナーゼの経時的変換率を示す。 アズキ(Vigna angularis)由来D-ヒダントイナーゼ(Sigma)により触媒される反応を示す。 ヒダントイナーゼが触媒する6-PDHUの変換に及ぼす、有機共溶媒の影響を示す。 生成物の形成および鏡像体過剰率に及ぼす、さまざまなヒダントイナーゼ濃度の影響を示す。 25 mL反応液中のNCBPAの生産を示す。 25 mL反応液中のS-NCBPAの鏡像体過剰率を示す。
In the following, the present invention will be described in more detail and reference may be made to the figures here.
1 shows an SDS-PAGE gel of hydantoinase purified from azuki bean (Vigna angularis). Two example methods for synthesizing racemic 6-substituted dihydrouracil are shown. The separation of N-carbamoyl-β-phenylalanine (NCBPA), 6-phenyldihydrouracil (6-PDHU), and enzyme by anion exchange chromatography (DEAE column) is shown. The results of reverse phase chiral HPLC after hydantoinase catalyzes the hydrolysis of 6-PDHU are shown. The conversion ratio of 6-PDHU to the N-carbamoyl derivative (NCBPA) with time and the excess ratio of each enantiomer are shown. Figure 2 shows cyclization of N-carbamoyl-β-phenylalanine in the presence or absence of hydantoinase. Figure 2 shows the pH dependence of chemical hydrolysis of 6-DPHU in Tris buffer without hydantoinase. The pH dependence of the enzymatic conversion of 6-DPHU by hydantoinase is shown. Figure 3 shows hydantoinase conversion over time for various pH value / buffer combinations. The reaction catalyzed by D-hydantoinase (Sigma) from azuki bean (Vigna angularis) is shown. The influence of the organic cosolvent on the conversion of 6-PDHU catalyzed by hydantoinase is shown. Figure 2 shows the effect of various hydantoinase concentrations on product formation and enantiomeric excess. The production of NCBPA in a 25 mL reaction is shown. The enantiomeric excess of S-NCBPA in the 25 mL reaction solution is shown.

(発明の詳細な説明)
A. 定義
本発明の文脈において、置換されたヒダントインおよび/または置換されたジヒドロピリミジン環、たとえば5-フェニルヒダントインおよび6-フェニルジヒドロウラシルのような「ヒダントインおよび/またはジヒドロピリミジン環の加水分解を触媒する酵素」は、少なくとも1つの式(I)の化合物の加水分解を触媒して式(II)の化合物を生成する能力を示す必要がある。具体的には、このような酵素は、ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼと呼ばれることもあるが、天然基質がヒダントイン環である酵素はヒダントイナーゼと呼ばれるのが好ましく、天然基質がジヒドロウラシル環である酵素は、ジヒドロピリミジナーゼと称されるのが好ましいであろう。
(Detailed description of the invention)
A. Definitions In the context of the present invention, it catalyzes the hydrolysis of substituted hydantoins and / or substituted dihydropyrimidine rings, such as “hydantoin and / or dihydropyrimidine rings such as 5-phenylhydantoin and 6-phenyldihydrouracil. The “enzyme” must exhibit the ability to catalyze the hydrolysis of at least one compound of formula (I) to form a compound of formula (II). Specifically, such an enzyme may be referred to as a hydantoinase and / or dihydropyrimidinase, but an enzyme whose natural substrate is a hydantoin ring is preferably referred to as a hydantoinase, and the natural substrate is a dihydrouracil ring. The enzyme will preferably be referred to as dihydropyrimidinase.

本発明の文脈において、ジヒドロピリミジナーゼは、ジヒドロピリミジン環を加水分解する能力を有し、加えて(式IVに示すように)ヒダントインを加水分解する能力、ならびにスキーム3に示すように(±)-5-モノ置換ヒダントインを分割する能力を有する酵素として特徴付けられる。

Figure 0005919192
In the context of the present invention, dihydropyrimidinase has the ability to hydrolyze the dihydropyrimidine ring, in addition to the ability to hydrolyze hydantoin (as shown in Formula IV), as shown in Scheme 3 (± ) -5-characterized as an enzyme with the ability to resolve mono-substituted hydantoins.
Figure 0005919192

スキーム3

Figure 0005919192
Scheme 3
Figure 0005919192

一方、ヒダントイナーゼは概して、ジヒドロピリミジンに対してほとんど加水分解活性を示さないが、ヒダントインおよび(±)-5-モノ置換ヒダントインを加水分解することができる。ヒダントインまたはジヒドロピリミジンを加水分解するのに適したアッセイ、したがって本発明のプロセスに適用可能な酵素をさらに明らかにするのに適したアッセイは、たとえば実施例1で説明する。 On the other hand, hydantoinases generally show little hydrolytic activity on dihydropyrimidines, but can hydrolyze hydantoins and (±) -5-monosubstituted hydantoins. An assay suitable for hydrolyzing hydantoin or dihydropyrimidine, and therefore suitable for further elucidating enzymes applicable to the process of the present invention, is described, for example, in Example 1.

「約」という用語は、示された値について±25% 変動する可能性、具体的には±15%、±10%、±5% もしくは±4% もしくは±3% もしくは±2% もしくは±1% 変動する可能性を示す。   The term "about" can vary ± 25% about the indicated value, specifically ± 15%, ± 10%, ± 5% or ± 4% or ± 3% or ± 2% or ± 1 % Indicates the possibility of fluctuation.

本発明の文脈において、エナンチオ選択性は、Sエナンチオマーの鏡像体過剰率"ee"が、少なくとも50%、好ましくは少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%であり、具体的には93%を上回り、特に少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、または100%であることを意味するが、前記鏡像体過剰率はパーセント(%)単位で表され、SエナンチオマーおよびRエナンチオマーのそれぞれの濃度に基づいて次のように計算される:
ee (%) = [(Sエナンチオマー - Rエナンチオマー) / (Sエナンチオマー + Rエナンチオマー)] x 100。
In the context of the present invention, the enantioselectivity is that the enantiomeric excess “ee” of the S enantiomer is at least 50%, preferably at least 80%, more preferably at least 90%, specifically above 93%. , Especially at least 94%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99%, or 100%, wherein the enantiomeric excess is expressed in percent (%). And calculated as follows based on the respective concentrations of the S and R enantiomers:
ee (%) = [(S enantiomer-R enantiomer) / (S enantiomer + R enantiomer)] x 100.

本明細書で使用される場合、「実質的に純粋な」タンパク質もしくは酵素とは、望ましい精製タンパク質が、ポリアクリルアミド-ドデシル硫酸ナトリウム ゲル電気泳動(SDS-PAGE)後に単一バンドで証明される通り、基本的に夾雑細胞成分を含まない(たとえば、(乾重量の)90、92、93、94、95、96、97、98、99、または99.9%が前記タンパク質に相当する)ことを意味する。さらに「実質的に純粋」という表現は、当業者に使用される1つもしくは複数の、純度もしくは均一性の特徴に基づいて均一である、分子を説明するものである。たとえば、実質的に純粋なタンパク質は、次のようなパラメーターについて標準的な実験の逸脱の範囲内で、一定かつ再現性のある特性を示すものである:分子量、クロマトグラフィー移動、アミノ酸組成、アミノ酸配列、N末端ブロックもしくは非ブロック、HPLC溶出プロフィール、生物活性、およびその他のパラメーター。しかしながら、この表現は、前記タンパク質と他の化合物との人工的もしくは合成の混合物を排除するものではない。加えて、この表現は、必要に応じて組換え宿主から単離される、前記タンパク質の融合タンパク質を排除するものではない。   As used herein, “substantially pure” protein or enzyme means that the desired purified protein is demonstrated in a single band after polyacrylamide-sodium dodecyl sulfate gel electrophoresis (SDS-PAGE). , Essentially free of contaminating cell components (eg 90, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, or 99.9% (by dry weight) corresponds to the protein) . Furthermore, the expression “substantially pure” describes a molecule that is uniform based on one or more purity or uniformity characteristics used by those skilled in the art. For example, a substantially pure protein is one that exhibits constant and reproducible properties within standard experimental deviations for the following parameters: molecular weight, chromatographic transfer, amino acid composition, amino acid Sequence, N-terminal blocked or unblocked, HPLC elution profile, biological activity, and other parameters. However, this expression does not exclude artificial or synthetic mixtures of the protein with other compounds. In addition, this expression does not exclude fusion proteins of said protein that are optionally isolated from recombinant hosts.

B. 本発明の方法のための基質
一般式(I)の基質の残基R1および/またはR2は、直鎖もしくは分岐鎖低級アルキル基から選択することができるが、これは一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよい。残基R1およびR2は、具体的には、1から10炭素原子、特に2から6炭素原子を含有する直鎖もしくは分岐アルキル基、たとえば、メチル基、エチル基、i-もしくはn-プロピル基、sec-もしくはtert-ブチル基、n-ペンチル基、2-メチルブチル基、n-ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基からなる基とすることができる。分岐アルキル基の例には、イソプロピル、イソブチル、イソペンチル、2,2-ジメチルプロピル、イソヘキシル、3-メチルペンチル、2,2-ジメチルブチル、2,3-ジメチルブチル、イソヘプチル、2-エチルブチル、3-メチルヘキシル、2,2-ジメチルペンチル、2,3-ジメチルペンチル、2,4-ジメチルペンチル、2,2,3-トリメチルブチル、イソオクチル、3-メチルヘプチル、4-メチルヘプチル、2,2-ジメチルヘキシル、2,4-ジメチルヘキシル、2,5-ジメチルヘキシル、2,2,3-トリメチルペンチル、2,2,4-トリメチルペンチル、2,2,5-トリメチルペンチル、およびイソノニル基がある。
B. Substrate for the method of the invention Residues R 1 and / or R 2 of the substrate of general formula (I) can be selected from linear or branched lower alkyl groups, which can be It may be substituted at multiple places. Residues R 1 and R 2 are specifically straight-chain or branched alkyl groups containing 1 to 10 carbon atoms, in particular 2 to 6 carbon atoms, such as methyl, ethyl, i- or n-propyl. A group consisting of a group, sec- or tert-butyl group, n-pentyl group, 2-methylbutyl group, n-hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group. Examples of branched alkyl groups include isopropyl, isobutyl, isopentyl, 2,2-dimethylpropyl, isohexyl, 3-methylpentyl, 2,2-dimethylbutyl, 2,3-dimethylbutyl, isoheptyl, 2-ethylbutyl, 3- Methylhexyl, 2,2-dimethylpentyl, 2,3-dimethylpentyl, 2,4-dimethylpentyl, 2,2,3-trimethylbutyl, isooctyl, 3-methylheptyl, 4-methylheptyl, 2,2-dimethyl There are hexyl, 2,4-dimethylhexyl, 2,5-dimethylhexyl, 2,2,3-trimethylpentyl, 2,2,4-trimethylpentyl, 2,2,5-trimethylpentyl, and isononyl groups.

一般式(I)の基質の残基R1および/またはR2はさらに、直鎖もしくは分岐鎖低級アルケニル基から選択することができるが、これは一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよい。例として、低級アルキル基の不飽和アナログがあるが、これは1つもしくは複数の炭素-炭素二重結合を炭素鎖の任意の可能な位置に含んでいる。例を挙げると、ビニル基、アリル基 (2-プロペニル)、ブタ-1-エニル基、cis-ブタ-2-エニル基、trans-ブタ-2-エニル基、ペンタ-1-エニル基、cis-ペンタ-2-エニル基、trans-ペンタ-2-エニル基、2-メチルブタ-1-エニル基、2-メチルブタ-2-エニル基、3-メチルブタ-1-エニル基、ヘキサ-1-エニル基、ヘキサ-2-エニル基(cis-異性体、trans異性体とも)、ヘキサ-3-エニル基、2-メチルペンタ-1-エニル基、2-メチルペンタ-2-エニル基、3-メチルペンタ-2-エニル基、4-メチルペンタ-1-エニル基、4-メチルペンタ-2-エニル基、2-エチルブタ-1-エニル基、2,3-ジメチルブタ-1-エニル基、2,3-ジメチルブタ-2-エニル基、3,3-ジメチルブタ-1-エニル基である。 Residues R 1 and / or R 2 of the substrate of general formula (I) can be further selected from linear or branched lower alkenyl groups, which may be substituted in one or more places . An example is an unsaturated analog of a lower alkyl group, which contains one or more carbon-carbon double bonds at any possible position of the carbon chain. Examples include vinyl group, allyl group (2-propenyl), but-1-enyl group, cis-but-2-enyl group, trans-but-2-enyl group, penta-1-enyl group, cis- Penta-2-enyl group, trans-pent-2-enyl group, 2-methylbut-1-enyl group, 2-methylbut-2-enyl group, 3-methylbut-1-enyl group, hexa-1-enyl group, Hex-2-enyl group (both cis-isomer and trans-isomer), hexa-3-enyl group, 2-methylpent-1-enyl group, 2-methylpent-2-enyl group, 3-methylpent-2-enyl Group, 4-methylpent-1-enyl group, 4-methylpent-2-enyl group, 2-ethylbut-1-enyl group, 2,3-dimethylbut-1-enyl group, 2,3-dimethylbut-2-yl group An enyl group and a 3,3-dimethylbut-1-enyl group.

一般式(I)の基質の残基R1および/またはR2はさらに、環状アルキル基から選択することができるが、これは、環状炭素骨格を有する化合物、具体的には3から10炭素原子からなる環状炭素骨格を有する化合物、すなわちシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニルを含んでいる。さらに、環状アルキル基の単不飽和もしくは多不飽和アナログ、たとえば、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘプテニル基、シクロヘキサジエニル基、およびシクロヘプタジエニル基が含まれる。環状アルキル基、またはその単不飽和もしくは多不飽和アナログは、一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよい。一般式(I)の基質の残基R1および/またはR2はさらに、単環式もしくは多環式アリール基から選択することができるが、これは一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよい。アリール基の例としては、単環式もしくは多環式(特に二環式)芳香族基、具体的には、環の任意の炭素原子を介して結合されるフェニル基もしくはナフチル基、たとえば1-ナフチルおよび2-ナフチルがある。 Residues R 1 and / or R 2 of the substrate of general formula (I) can be further selected from cyclic alkyl groups, which are compounds having a cyclic carbon skeleton, in particular 3 to 10 carbon atoms A compound having a cyclic carbon skeleton consisting of: cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, and cyclononyl. In addition, monounsaturated or polyunsaturated analogs of cyclic alkyl groups such as cyclobutenyl group, cyclopentenyl group, cyclopentadienyl group, cyclohexenyl group, cycloheptenyl group, cyclohexadienyl group, and cycloheptadienyl group are included. It is. A cyclic alkyl group, or a monounsaturated or polyunsaturated analog thereof, may be substituted at one or more positions. Residues R 1 and / or R 2 of the substrate of general formula (I) can be further selected from monocyclic or polycyclic aryl groups, which may be substituted at one or more positions. Good. Examples of aryl groups include monocyclic or polycyclic (especially bicyclic) aromatic groups, specifically phenyl or naphthyl groups attached via any ring carbon atom, such as 1- There are naphthyl and 2-naphthyl.

一般式(I)の基質の残基R1および/またはR2はさらに、単環式もしくは多環式ヘテロアリール基から選択することができるが、これは一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよい。たとえば、ヘテロアリール基は、ピロリジン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフェン、ピペリジン、テトラヒドロピラン、テトラヒドロチオピラン、ピリニド、モルホリン、ピロール、フラン、チオフェン、ピラゾール、イミダゾール、オキサゾール、チオアゾール、ピラン、ピリミジン、ピリダジン、およびピラジンから誘導することができる。二環式の基の例は、前記アリール基もしくはヘテロアリール基またはそれらの各誘導体と、追加のアリール基、ヘテロアリール基またはそれらの誘導体との縮合物、たとえば、クマロール、インドール、キノリン、プリンおよびナフタレンから誘導される基である。単環式もしくは多環式ヘテロアリール基は一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよく、任意の環員原子、好ましくは環員炭素原子を介して一般式(I)のそれぞれの炭素原子に結合することができる。適当な基の例には、2-チエニル基、3-チエニル基、2-フラニル基、3-フラニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基、4-ピリジル基、2-チアゾリル基、4-チアゾリル基、5-チアゾリル基、4-メチル-2-チエニル基、3-エチル-2-チエニル基、2-メチル-3-チエニル基、4-プロピル-3-チエニル基、5-n-ブチル-2-チエニル基、4-メチル-3-チエニル基、3-メチル-2-チエニル基、3-クロロ-2-チエニル基、4-ブロモ-3-チエニル基、2-ヨード-3-チエニル基、5-ヨード-3-チエニル基、4-フルオロ-2-チエニル基、2-ブロモ-3-チエニル基、および4-クロロ-2-チエニル基がある。 Residues R 1 and / or R 2 of the substrate of general formula (I) can be further selected from monocyclic or polycyclic heteroaryl groups, which are substituted in one or more places. Also good. For example, heteroaryl groups are from pyrrolidine, tetrahydrofuran, tetrahydrothiophene, piperidine, tetrahydropyran, tetrahydrothiopyran, pyrinide, morpholine, pyrrole, furan, thiophene, pyrazole, imidazole, oxazole, thioazole, pyran, pyrimidine, pyridazine, and pyrazine. Can be guided. Examples of bicyclic groups are condensates of said aryl or heteroaryl groups or their respective derivatives with additional aryl groups, heteroaryl groups or their derivatives, such as coumarol, indole, quinoline, purine and It is a group derived from naphthalene. The monocyclic or polycyclic heteroaryl group may be substituted at one or more positions, and is attached to each ring atom of the general formula (I) via any ring member atom, preferably a ring member carbon atom. Can be combined. Examples of suitable groups include 2-thienyl group, 3-thienyl group, 2-furanyl group, 3-furanyl group, 2-pyridyl group, 3-pyridyl group, 4-pyridyl group, 2-thiazolyl group, 4- Thiazolyl group, 5-thiazolyl group, 4-methyl-2-thienyl group, 3-ethyl-2-thienyl group, 2-methyl-3-thienyl group, 4-propyl-3-thienyl group, 5-n-butyl- 2-thienyl group, 4-methyl-3-thienyl group, 3-methyl-2-thienyl group, 3-chloro-2-thienyl group, 4-bromo-3-thienyl group, 2-iodo-3-thienyl group, There are 5-iodo-3-thienyl groups, 4-fluoro-2-thienyl groups, 2-bromo-3-thienyl groups, and 4-chloro-2-thienyl groups.

一般式(I)の基質の残基R1および/またはR2はさらに、直鎖もしくは分岐アルコキシ基から選択することができるが、これは一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよい。この場合、一般式(I)の化合物は、前記定義のいずれかによる基と、酸素原子を介して連結されており、こうした基は、たとえば、直鎖もしくは分岐鎖の、置換されていてもよい低級アルキル基;直鎖もしくは分岐鎖の、置換されていてもよい低級アルケニル基;置換されていてもよい環状アルキル基;単環式もしくは多環式の、置換されていてもよいアリール基(アリールオキシ基とも称される);または単環式もしくは多環式の、置換されていてもよいヘテロアリール基である。アルコキシ基の例は、メトキシ基 (-O-CH3)、エトキシ基 (-O-C2H5) および一般式 -O-CnH2n+1 の基であって、このnは、好ましくは1から10までの整数である。 Residues R 1 and / or R 2 of the substrate of general formula (I) can be further selected from linear or branched alkoxy groups, which may be substituted at one or more sites. In this case, the compound of the general formula (I) is linked to a group according to any of the above definitions via an oxygen atom, which group may be, for example, a linear or branched, substituted Lower alkyl group; linear or branched lower alkenyl group which may be substituted; cyclic alkyl group which may be substituted; monocyclic or polycyclic aryl group which may be substituted (aryl Also referred to as oxy groups); or monocyclic or polycyclic, optionally substituted heteroaryl groups. Examples of alkoxy groups are methoxy groups (—O—CH 3 ), ethoxy groups (—OC 2 H 5 ) and groups of the general formula —OC n H 2n + 1 , where n is preferably 1 to 10 It is an integer up to.

一般式(I)の基質の残基R1および/またはR2はさらに、アミノ基および直鎖もしくは分岐アルキルアミノ基から選択することができるが、これらは一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよい。この場合、一般式(I)の化合物は、窒素原子を介して連結されるが、この窒素原子はそれ自体2つの水素原子(一級アミン、アミノ基)、1つの水素および1つの有機残基(二級アミン、-NHR1)、または2つの有機残基(三級アミン、-NR1R2)と結合しており、この有機残基R1およびR2 は互いに独立して、前記定義による任意の基、たとえば、直鎖もしくは分岐鎖の、置換されていてもよい低級アルキル基;直鎖もしくは分岐鎖の、置換されていてもよい低級アルケニル基;置換されていてもよい環状アルキル基;単環式もしくは多環式の、置換されていてもよいアリール基;および単環式もしくは多環式の、置換されていてもよいヘテロアリール基から選択することができる。アミノ基の例は、一級アミノ基(-NH2)である。二級アミノ基の例は、メチルアミノ基(-NH-CH3)、エチルアミノ基(-NH-C2H5)、および一般式 -NH-CnH2n+1の基であるが、このnは1から10までの整数であることが好ましい。三級アミノ基の例は、ジメチルアミノ基(-N(CH3)2)、ジエチルアミノ基(-N(CH2CH3)2)、ジプロピルアミノ基(-N(CH2CH2CH3)2)、ジブチルアミノ基 (-N(CH2CH2CH2CH3)2)、メチルエチルアミノ基、メチルプロピルアミノ基などである。 Residues R 1 and / or R 2 of the substrate of general formula (I) can be further selected from amino groups and linear or branched alkylamino groups, which are substituted in one or more places. Also good. In this case, the compound of general formula (I) is linked via a nitrogen atom, which itself has two hydrogen atoms (primary amine, amino group), one hydrogen and one organic residue ( Is bound to a secondary amine, —NHR 1 ), or two organic residues (tertiary amine, —NR 1 R 2 ), which organic residues R 1 and R 2 are independent of each other, as defined above Arbitrary group, for example, linear or branched lower alkyl group which may be substituted; linear or branched lower alkyl group which may be substituted; cyclic alkyl group which may be substituted; Monocyclic or polycyclic, optionally substituted aryl groups; and monocyclic or polycyclic, optionally substituted heteroaryl groups can be selected. An example of an amino group is a primary amino group (—NH 2 ). Examples of secondary amino groups are methylamino groups (—NH—CH 3 ), ethylamino groups (—NH—C 2 H 5 ), and groups of the general formula —NH—C n H 2n + 1 , This n is preferably an integer from 1 to 10. Examples of tertiary amino group, dimethylamino group (-N (CH 3) 2) , diethylamino group (-N (CH 2 CH 3) 2), dipropylamino group (-N (CH 2 CH 2 CH 3) 2 ), a dibutylamino group (—N (CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) 2 ), a methylethylamino group, a methylpropylamino group, and the like.

一般式(I)の基質の残基R1および/またはR2はさらに、直鎖もしくは分岐アルキルチオ基から選択することができるが、これは一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよい。この場合、一般式(I)の化合物は、硫黄原子を介して前記定義のいずれかによる基と連結されており、こうした基はたとえば、直鎖もしくは分岐鎖の、置換されていてもよい低級アルキル基;直鎖もしくは分岐鎖の、置換されていてもよい低級アルケニル基;置換されていてもよい環状アルキル基;単環式もしくは多環式の、置換されていてもよいアリール基(チオアリール基とも称される);または単環式もしくは多環式の、置換されていてもよいヘテロアリール基である。アルキルチオ基の例は、チオメチル基 (-S-CH3)、チオエチル基 (-S-C2H5) および一般式 -S-CnH2n+1 の基であって、このnは、好ましくは1から10までの整数である。 Residues R 1 and / or R 2 of the substrate of general formula (I) can be further selected from linear or branched alkylthio groups, which may be substituted at one or more positions. In this case, the compound of the general formula (I) is linked via a sulfur atom to a group according to any of the above definitions, such as a straight-chain or branched lower alkyl optionally substituted A linear or branched lower alkenyl group which may be substituted; a cyclic alkyl group which may be substituted; a monocyclic or polycyclic aryl group which may be substituted (also referred to as a thioaryl group) Or a monocyclic or polycyclic, optionally substituted heteroaryl group. Examples of alkylthio groups are thiomethyl (-S-CH 3 ), thioethyl (-SC 2 H 5 ) and groups of the general formula -SC n H 2n + 1 , where n is preferably 1 to 10 It is an integer up to.

一般式(I)の基質の残基R1および/またはR2はさらに、直鎖もしくは分岐アシル基から選択することができるが、これは一箇所もしくは複数箇所で置換されていてもよい。アシル基は一般式-C-C(O)-Rを有し、このRは、本明細書に記載のアルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基とすることができる。Rが水素またはOHである場合、-C(O)-Rはそれぞれアルデヒド基またはカルボキシル基となる。 Residues R 1 and / or R 2 of the substrate of general formula (I) can be further selected from linear or branched acyl groups, which may be substituted at one or more sites. Acyl groups have the general formula —CC (O) —R, which can be an alkyl group, an aryl group, or a heteroaryl group as described herein. When R is hydrogen or OH, -C (O) -R becomes an aldehyde group or a carboxyl group, respectively.

前記の基は一箇所もしくは複数箇所で適宜置換されていてもよい。炭素原子についた水素原子は、たとえば互いに独立して、他の炭素化合物、たとえば、直鎖もしくは分岐鎖の低級アルキルもしくはアルケニル基、環状アルキル基、アリールまたはヘテロアリール基;ハロゲン、たとえばフッ素、塩素、臭素およびヨウ素;またはヘテロ原子もしくはヘテロ原子含有化合物で置換されていてもよい。ヘテロ原子含有化合物の例は、-OH、-SH、-NO2、-NO3、-NH2、-SO3、-SO4 基、アルコキシ基およびNR3R4であるが、ここでR3 およびR4 は互いに独立してH、メチル基またはエチル基を表す。 The above groups may be appropriately substituted at one place or a plurality of places. A hydrogen atom attached to a carbon atom is, for example, independently of one another, another carbon compound, such as a linear or branched lower alkyl or alkenyl group, a cyclic alkyl group, an aryl or heteroaryl group; a halogen such as fluorine, chlorine, Bromine and iodine; or optionally substituted with heteroatoms or heteroatom-containing compounds. Examples of heteroatom-containing compounds are —OH, —SH, —NO 2 , —NO 3 , —NH 2 , —SO 3 , —SO 4 groups, alkoxy groups and NR 3 R 4 , where R 3 And R 4 each independently represents H, a methyl group or an ethyl group.

本発明の方法の特定の実施形態において、R2はHである。さらに好ましい実施形態において、R2はHであり、R1は付随してH、メチル基、置換されていてもよいアリール基、特に置換されていてもよい単環式アリール基から選択される。好ましい例は、フェニル基、一置換もしくは多置換フェニル基であって、その置換基は相互に独立して、たとえば、ハロゲン、メチル、エチル、-OH、-NH2、-NO2および-SO3Hから選択することができる。置換されたフェニル基は、たとえば、2-F-C6H4、3-F-C6H4、4-F-C6H4、2-Cl-C6H4、3-Cl-C6H4、4-Cl-C6H4、2,3-F-C6H3、2,4-F-C6H3、2,5-F-C6H3、2,3-Cl-C6H3、2,4-Cl-C6H3、2,5-Cl-C6H3などとすることができる。 In certain embodiments of the methods of the invention, R 2 is H. In a further preferred embodiment, R 2 is H and R 1 is concomitantly selected from H, a methyl group, an optionally substituted aryl group, in particular an optionally substituted monocyclic aryl group. Preferred examples are a phenyl group, a mono-substituted or a poly-substituted phenyl group, and the substituents are independently of each other, for example, halogen, methyl, ethyl, —OH, —NH 2, —NO 2 and —SO 3 H You can choose from. Substituted phenyl groups include, for example, 2-FC 6 H 4 , 3-FC 6 H 4 , 4-FC 6 H 4 , 2-Cl-C 6 H 4 , 3-Cl-C 6 H 4 , 4- Cl-C 6 H 4 , 2,3-FC 6 H 3 , 2,4-FC 6 H 3 , 2,5-FC 6 H 3 , 2,3-Cl-C 6 H 3 , 2,4-Cl -C 6 H 3 , 2,5-Cl-C 6 H 3 and the like.

さらに特定の実施形態において、R2はHであり、R1は、H、-CH3、-CH2CH2CH2NH-C(NH)NH2、-CH2CONH2、-CH2COOH、-CH2SH、-CH2CH2CONH2、-CH2CH2COOH、-CH2(C3H3N2)、このC3H3N2 はイミダゾール基を表す、-CH(CH3)CH2CH3、-CH2CH(CH3)2、-CH2CH2CH2CH2NH2、-CH2CH2SCH3、-CH2(C6H5)、-CH2OH、-CH(OH)CH3、-CH2(C8H6N)、このC8H6Nはインドール残基を表す、-CH2(C6H4)OH、-CH(CH3)2、-CH2-SeH、-CH2-CH2-SeCH3 (セレノメチオニン)、-(C6H5)、p-F-C6H4、およびp-Cl-C6H4からなる一群から選択される。 In a more specific embodiment, R 2 is H and R 1 is H, —CH 3 , —CH 2 CH 2 CH 2 NH—C (NH) NH 2 , —CH 2 CONH 2 , —CH 2 COOH. , -CH 2 SH, -CH 2 CH 2 CONH 2 , -CH 2 CH 2 COOH, -CH 2 (C 3 H 3 N 2 ), where C 3 H 3 N 2 represents an imidazole group, -CH (CH 3) CH 2 CH 3, -CH 2 CH (CH 3) 2, -CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2, -CH 2 CH 2 SCH 3, -CH 2 (C 6 H 5), - CH 2 OH, -CH (OH) CH 3 , -CH 2 (C 8 H 6 N), where C 8 H 6 N represents an indole residue, -CH 2 (C 6 H 4 ) OH, -CH (CH 3 ) 2 , -CH 2 -SeH, -CH 2 -CH 2 -SeCH 3 (selenomethionine),-(C 6 H 5 ), pFC 6 H 4 , and p-Cl-C 6 H 4 Is done.

C. プロセス条件
βアミノ酸前駆体を生産するための方法に際して存在する、ヒダントイナーゼおよびジヒドロピリミジナーゼから選択された、少なくとも1つの酵素は、その酵素(1つもしくは複数)を自然に産生する、または組換え生産する、生きた細胞中に存在していてもよく、収集された細胞、死んだ細胞、透過性細胞、細胞粗抽出物、精製抽出物中に、または基本的に純粋な形態で、もしくは完全に純粋な形態で存在することもできる。少なくとも1つの酵素は、溶液中に存在していてもよく、担体上に固定化された酵素であってもよい。1つもしくは複数の酵素は、同時に可溶型および固定化型として存在してもよい。
C. Process Conditions At least one enzyme, selected from hydantoinase and dihydropyrimidinase, present in the process for producing β-amino acid precursors naturally produces the enzyme (s), or Recombinantly produced, may be present in live cells, collected cells, dead cells, permeabilized cells, crude cell extracts, purified extracts, or in essentially pure form, Alternatively, it can exist in a completely pure form. The at least one enzyme may be present in a solution or may be an enzyme immobilized on a carrier. One or more enzymes may exist simultaneously as soluble and immobilized forms.

本発明の方法は、当業者に知られている通常の反応器内で、さまざまな規模、たとえば実験室規模(数ミリリットルから数十リットルまでの反応容積)から工業規模(数リットルから数千立方メートルまでの反応容積)までの規模で実施することができる。ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼが、非生存の透過生細胞により封入された形で、ほぼ精製された細胞抽出物の形で、または精製型で使用されるならば、化学反応器を使用することができる。化学反応器は通常、少なくとも1つの酵素の量、少なくとも1つの基質の量、pH、温度、および反応液の循環の制御を可能にする。少なくとも1つの酵素が生きた細胞中に存在する場合、プロセスは発酵となる。この場合、生体触媒による生産は、バイオリアクター(発酵槽)内で行われるが、生きた細胞に適した生存条件に必要なパラメーター(たとえば、栄養物を含む培地、温度、通気、酸素もしくは他の気体の有無、抗生物質など)は、制御可能である。当業者は、化学反応器またはバイオリアクターに精通しており、たとえば、化学的もしくはバイオ技術的方法を、実験室規模から工業規模へスケールアップするための手順、またはプロセスパラメーターを最適化するための手順を熟知しているが、これらは文献にも幅広く記載されている(バイオ技術的方法については、たとえば、Crueger und Crueger, Biotechnologie - Lehrbuch der angewandten Mikrobiologie, 2. Ed., R. Oldenbourg Verlag, Munchen, Wien, 1984を参照されたい)。   The process of the invention can be carried out in various conventional scales known to those skilled in the art, for example from laboratory scale (reaction volumes from several milliliters to tens of liters) to industrial scale (several liters to thousands of cubic meters) Up to (reaction volume). Use chemical reactors if hydantoinase and / or dihydropyrimidinase are used in encapsulated by non-viable permeabilized cells, in the form of nearly purified cell extracts, or in purified form be able to. A chemical reactor typically allows for control of the amount of at least one enzyme, the amount of at least one substrate, the pH, temperature, and circulation of the reaction. If at least one enzyme is present in a living cell, the process is fermentation. In this case, biocatalytic production takes place in a bioreactor (fermentor), but the parameters necessary for the living conditions suitable for living cells (eg nutrient-containing medium, temperature, aeration, oxygen or other The presence or absence of gas, antibiotics, etc.) can be controlled. Those skilled in the art are familiar with chemical reactors or bioreactors, for example, to optimize chemical or biotechnological methods from laboratory scale to industrial scale, or to optimize process parameters. Familiar with the procedure, these are also widely described in the literature (for biotechnological methods, see, for example, Crueger und Crueger, Biotechnologie-Lehrbuch der angewandten Mikrobiologie, 2. Ed., R. Oldenbourg Verlag, Munchen , Wien, 1984).

少なくとも1つのヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼを含有する細胞は、物理的あるいは機械的手段、たとえば、超音波もしくは高周波パルス、フレンチプレス;もしくは化学的手段、たとえば、低浸透圧培地、溶解酵素、および培地中に存在する界面活性剤;またはそうした手法の組み合わせによって透過性にすることができる。界面活性剤の例は、ジギトニン、n-ドデシルマルトシド、オクチルグリコシド、Triton(登録商標)X-100、Tween(登録商標)20、デオキシコール酸、CHAPS (3-[(3-コールアミドプロピル)ジメチルアンモニオ]-1-プロパンスルホン酸)、Nonidet(登録商標)P40 (エチルフェノールポリ(エチレングリコールエーテル))などである。   Cells containing at least one hydantoinase and / or dihydropyrimidinase can be obtained by physical or mechanical means such as ultrasound or radio frequency pulses, French press; or chemical means such as hypotonic media, lytic enzymes, And the surfactant present in the medium; or a combination of such techniques. Examples of surfactants are digitonin, n-dodecyl maltoside, octyl glycoside, Triton® X-100, Tween® 20, deoxycholic acid, CHAPS (3-[(3-cholamidopropyl) Dimethylammonio] -1-propanesulfonic acid), Nonidet® P40 (ethylphenol poly (ethylene glycol ether)), and the like.

少なくとも1つの酵素が固定化されているならば、それは不活性担体に付着している。適当な担体材料は、当技術分野において公知であり、たとえば、EP-A-1149849、EP-A-1 069 183およびDE-OS 100193773、ならびにそれに引用された参考文献に記載されている(それらはすべて、特に担体材料について本明細書に含められる)。適当な担体材料の例は、粘土、粘土鉱物たとえばカオリナイト、珪藻土、パーライト、シリカ、アルミナ、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、セルロース粉末、陰イオン交換物質、合成ポリマー、たとえばポリスチレン、アクリル樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリウレタン、およびポリオレフィン、たとえばポリエチレンおよびポリプロピレンである。担体に結合した酵素を調製するために、担体材料は通常、微粉末の形で使用するが、多孔質状が好ましい。担体材料の粒子サイズは通常5 mmを越えないが、特に2 mm以下である。少なくとも1つの酵素が、ホールセル標品中に存在する場合、前記ホールセル標品は、遊離した状態、または固定化された形で存在することができる。適当な担体材料はたとえば、アルギン酸カルシウムまたはカラギーナンである。酵素も細胞も、グルタルアルデヒドによって直接、連結することができる。当技術分野ではさまざまな固定化法が知られている(たとえば、J. Lalonde and A. Margolin "Immobilization of Enzymes" in K. Drauz und H. Waldmann, Enzyme Catalysis in Organic Synthesis 2002, Vol.III, 991-1032, Wiley-VCH, Weinheim)。   If at least one enzyme is immobilized, it is attached to an inert carrier. Suitable carrier materials are known in the art and are described, for example, in EP-A-1149849, EP-A-1 069 183 and DE-OS 100193773, and references cited therein (they are All are included herein, especially for carrier materials). Examples of suitable support materials are clays, clay minerals such as kaolinite, diatomaceous earth, perlite, silica, alumina, sodium carbonate, calcium carbonate, cellulose powder, anion exchange materials, synthetic polymers such as polystyrene, acrylic resins, phenol formaldehyde resins Polyurethanes and polyolefins such as polyethylene and polypropylene. In order to prepare an enzyme bound to a carrier, the carrier material is usually used in the form of a fine powder, but a porous material is preferred. The particle size of the carrier material usually does not exceed 5 mm, in particular 2 mm or less. If at least one enzyme is present in the whole cell preparation, the whole cell preparation may be present in a free state or in an immobilized form. Suitable carrier materials are, for example, calcium alginate or carrageenan. Both enzymes and cells can be linked directly by glutaraldehyde. Various immobilization methods are known in the art (eg, J. Lalonde and A. Margolin “Immobilization of Enzymes” in K. Drauz und H. Waldmann, Enzyme Catalysis in Organic Synthesis 2002, Vol. III, 991 -1032, Wiley-VCH, Weinheim).

D. 酵素
βアミノ酸前駆体を生体触媒により生産する、特に、βアミノ酸前駆体を生体触媒によりエナンチオ選択的に生産するためのプロセスに使用される少なくとも1つの酵素は、ヒダントイナーゼおよびジヒドロピリミジナーゼから選択されるが、好ましくは、アズキ(Vigna angularis)から得られる任意のヒダントイナーゼもしくは任意のジヒドロピリミジナーゼから選択される。βアミノ酸前駆体の生体触媒による生産中に、1つもしくは複数のヒダントイナーゼ、1つもしくは複数のジヒドロピリミジナーゼ、またはそれらの任意の組み合わせが存在していてもよい。少なくとも1つのヒダントイナーゼが存在することが好ましい。少なくとも1つの酵素は、好ましくはエナンチオ選択性酵素であり、D-ジヒドロピリミジナーゼおよび/またはD-ヒダントイナーゼが好ましい。特にその酵素は、D-ヒダントイナーゼである。少なくとも1つの酵素は、(±)-6-モノ置換ジヒドロウラシルを加水分解することによって、対応する(S)-N-カルバモイル-βアミノ酸を生成する能力、たとえば(±)-6-フェニルジヒドロウラシルから(S)-N-カルバモイル-βフェニルアラニンを生成する能力、を有することが好ましい。
D. Enzyme β-amino acid precursor is produced by biocatalyst, in particular at least one enzyme used in the process for enantioselective production of β-amino acid precursor by biocatalyst is from hydantoinase and dihydropyrimidinase Preferably, it is selected from any hydantoinase or any dihydropyrimidinase obtained from azuki bean (Vigna angularis). During biocatalytic production of β-amino acid precursors, one or more hydantoinases, one or more dihydropyrimidinases, or any combination thereof may be present. Preferably at least one hydantoinase is present. The at least one enzyme is preferably an enantioselective enzyme, with D-dihydropyrimidinase and / or D-hydantoinase being preferred. In particular, the enzyme is D-hydantoinase. At least one enzyme has the ability to generate the corresponding (S) -N-carbamoyl-β amino acid by hydrolyzing (±) -6-monosubstituted dihydrouracil, eg (±) -6-phenyldihydrouracil Preferably have the ability to produce (S) -N-carbamoyl-β-phenylalanine.

この少なくとも1つの酵素を精製すべきであるならば、当業者に公知の一般的な方法を用いることができる。細胞を破砕した後、具体的には細胞片、膜断片または細胞ゴーストからタンパク質を分離するための、遠心分離もしくは濾過によって、粗抽出物を得ることができる。追加の、または代わりとなる、精製ステップには、ゲル濾過、イオン交換クロマトグラフィー(たとえばQ-Sepharoseによる)、疎水性クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、限外濾過、結晶化、塩析、透析、未変性ゲル電気泳動、免疫沈降、アフィニティクロマトグラフィーなどがある。適当な方法は、たとえば、Cooper, F. G., Biochemische Arbeitsmethoden, Verlag Walter de Gruyter, Berlin, New York, or in Scopes, R., Protein Purification, Springer Verlag, New York, Heidelberg, Berlinに記載されている。好ましい実施形態によれば、少なくとも1つの酵素は、少なくとも部分精製された形、または基本的に精製された形で存在する。本発明の文脈において、酵素源として使用された細胞もしくは生物中に普通に存在する他のタンパク質が、ドデシル硫酸ナトリウム-ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)後にCoomassie染色によって明らかに検出されなければ、その酵素は基本的に精製された形となっているが、銀染色後、SDS-PAGEゲル上にバンドとしてまだ識別される可能性がある。他のタンパク質のバンドがSDS-PAGE後に識別できない、またはかすかにしか識別できないならば、酵素は完全に純粋な形態で存在している。ヒダントイナーゼの単離は文献に記載されている(たとえば、Morin, Enzyme Microb. Technol. 15:208-214, 1993; Fan and Lee, Biochemical Engineering J. 8:157-164, 2001)。好ましい抽出法には、少なくとも3つの、特に、少なくとも4つの、少なくとも5つの、または下記のすべてのステップが含まれており、下記の順序で行うことが好ましい:
a) イオン交換クロマトグラフィー(たとえば、Q-Sepharose FF-クロマトグラフィーカラムを使用)
b) 疎水性クロマトグラフィー(たとえば、フェニルセファロースカラムを使用)
c) ゲル濾過(たとえば、Superdex Prep Grade 200ゲル濾過カラムを使用)
d) アフィニティクロマトグラフィー(たとえば、Blue HiTrap 5 mlアフィニティクロマトグラフィーカラム使用)
e) 陰イオン交換クロマトグラフィー(たとえば、Mono Q HR 5/5 陰イオン交換カラムを使用)および
f) ゲル濾過(たとえばSuperose 6 prep gradeゲル濾過カラムを使用)。
If this at least one enzyme is to be purified, general methods known to those skilled in the art can be used. After disrupting the cells, the crude extract can be obtained by centrifugation or filtration, specifically to separate proteins from cell debris, membrane fragments or cell ghosts. Additional or alternative purification steps include gel filtration, ion exchange chromatography (eg with Q-Sepharose), hydrophobic chromatography, reverse phase chromatography, ultrafiltration, crystallization, salting out, dialysis, Examples include native gel electrophoresis, immunoprecipitation, affinity chromatography. Suitable methods are described, for example, in Cooper, FG, Biochemische Arbeitsmethoden, Verlag Walter de Gruyter, Berlin, New York, or in Scopes, R., Protein Purification, Springer Verlag, New York, Heidelberg, Berlin. According to a preferred embodiment, the at least one enzyme is present in at least partially purified form or essentially purified form. In the context of the present invention, other proteins normally present in the cell or organism used as the enzyme source must be clearly not detected by Coomassie staining after sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The enzyme is basically in a purified form, but after silver staining, it may still be identified as a band on the SDS-PAGE gel. If other protein bands are indistinguishable after SDS-PAGE or only faintly discernible, the enzyme is present in a completely pure form. Isolation of hydantoinases has been described in the literature (eg Morin, Enzyme Microb. Technol. 15: 208-214, 1993; Fan and Lee, Biochemical Engineering J. 8: 157-164, 2001). Preferred extraction methods include at least 3, in particular at least 4, at least 5, or all of the following steps, preferably in the following order:
a) Ion exchange chromatography (eg using a Q-Sepharose FF-chromatography column)
b) Hydrophobic chromatography (eg using a phenyl sepharose column)
c) Gel filtration (eg using a Superdex Prep Grade 200 gel filtration column)
d) Affinity chromatography (eg using Blue HiTrap 5 ml affinity chromatography column)
e) anion exchange chromatography (eg using a Mono Q HR 5/5 anion exchange column) and
f) Gel filtration (eg using a Superose 6 prep grade gel filtration column).

少なくとも1つのヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼに適した起源は、微生物および高等生物、たとえば細菌および古細菌、酵母、真菌、植物および動物である。細菌の例は、Acidovorax (たとえばA. avenae); Agrobacterium (たとえばA. radiobacter、A. tumefaciens、A. sp IP I-671、A. tumefaciens RU-OR、およびA. tumefaciens NRRL B 11291); Arthrobacter (たとえばA. crystallopoietes AM2)、Aurantimonas (たとえば A. sp. SI85-9A1); Brucella (たとえば B. canis、B. ceti、B. ovis、B. pinnipedialis、B. suis); Burckholderia (たとえばB. sp. H160、B. phymatum、B. phytofirmans); Dickeya (たとえばD. dadantii); Jannaschia (たとえばJ. sp. CCS1); Mesorhizobium (たとえばM. loti); Oceanicola (たとえばO. batsensis); Ochrobactrum (たとえばO. intermedium、O. sp. G21、O. anthropi); Polaromonas (たとえばP. naphthalenivorans)、Reinekea (たとえばR. sp. MED297); Rhizobium (たとえばR. leguminosarum); Verminephrobacter (たとえばV. eiseniae); Rhodobacter (たとえばR. sphaeroides); Vibrio (たとえばV. cholerae); Fulvimarina (たとえばF. pelagi)である。単純な後生動物亜界の生物の例は、センモウヒラムシ(Trichoplax adherens)であり、下等植物および高等植物の例は、シロイヌナズナ属(Arabidopsis)(たとえばシロイヌナズナ(A. thaliana));ダイズ根粒菌属(Bradyrhizobium)(たとえばB. sp. ORS278; B. japonicum、B. sp. BTAi1);クラミドモナス属(Chlamydomonas)(たとえばコナミドリムシ(C. reinhardtii));ダイズ属((Glycine)(ダイズ(Glycine max));ウマゴヤシ属(Medicago)(M. trunculata);イネ属(Oryza)(たとえばイネ(O. sativa);ニセツリガネゴケ属(Physcomitrella)(たとえばヒメツリガネゴケ(P. patens));トウヒ属(Picea)(たとえばシトカトウヒ(P. sitchensis));ヤマナラシ属(Populus)(たとえばP. trichocarpa);トウゴマ属(Ricinus)(たとえばトウゴマ(R. communis));モロコシ属(Sorghum)(たとえばS. bicolor);ブドウ属(Vitis)(たとえばヨーロッパブドウ(V. vinifera));トウモロコシ属(Zea)(たとえばトウモロコシ))である。動物の例は、ヤケイ属(Gallus)(たとえばセキショクヤケイ(G. gallus));ヒト(Homo sapiens);マカク属(Macaca)(たとえばアカゲザル(M. mulatta));チンパンジー属(Pan)(たとえばチンパンジー(P. troglodytes)、およびクセノプス属(Xenopus)(たとえばアフリカツメガエル(X. laevis)、X. tropicalis)である。   Suitable sources for at least one hydantoinase and / or dihydropyrimidinase are microorganisms and higher organisms such as bacteria and archaea, yeasts, fungi, plants and animals. Examples of bacteria include Acidovorax (e.g. A. avenae); Agrobacterium (e.g. A. radiobacter, A. tumefaciens, A. sp IP I-671, A. tumefaciens RU-OR, and A. tumefaciens NRRL B 11291); Arthrobacter ( A. crystallopoietes AM2), Aurantimonas (e.g. A. sp. SI85-9A1); Brucella (e.g. B. canis, B. ceti, B. ovis, B. pinnipedialis, B. suis); Burckholderia (e.g. B. sp. H160, B. phymatum, B. phytofirmans); Dickeya (e.g. D. dadantii); Jannaschia (e.g. J. sp. CCS1); Mesorhizobium (e.g. M. loti); Oceanicola (e.g. O. batsensis); Ochrobactrum (e.g. O. intermedium, O. sp. G21, O. anthropi); Polaromonas (eg P. naphthalenivorans), Reinekea (eg R. sp. MED297); Rhizobium (eg R. leguminosarum); Verminephrobacter (eg V. eiseniae); Rhodobacter (eg R. sphaeroides); Vibrio (eg V. cholerae); Fulvimarina (eg F. pelagi). An example of a simple metazoan organism is Trichoplax adherens, and examples of lower and higher plants are Arabidopsis (eg, A. thaliana); soybean rhizobia Genus (Bradyrhizobium) (eg B. sp. ORS278; B. japonicum, B. sp. BTAi1); Chlamydomonas (eg C. reinhardtii); Soybean genus ((Glycine) (Glycine max )); Medicago (M. trunculata); Oryza (eg, O. sativa; Physcomitrella (eg, P. patens)); P. sitchensis); Populus (eg P. trichocarpa); Ricinus (eg R. communis); Sorghum (Sorghum) For example, S. bicolor), Vitis (for example, V. vinifera), Zea (for example, corn), etc. Examples of animals include the genus Galus (for example, Sekishokukei ( G. gallus); human (Homo sapiens); macaca (eg, Rhesus monkey (M. mulatta); chimpanzee (P. troglodytes), and Xenopus (eg, Africa) Xenopus (X. laevis), X. tropicalis).

少なくとも1つのヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼの特に好ましい起源は、ササゲ属(特にアズキ(Vigna angularis))、アグロバクテリウム属(Agrobacterium)、アルスロバクター属(Arthrobacter)およびシュードモナス属(Pseudomonas)(特に最近の分類法によればバークホルデリア属(Burckholderia))である。アズキ由来のヒダントイナーゼはSigma-Aldrich (Sigma-Aldrich Corp., St. Louis, MO, USA) から購入可能である。   Particularly preferred sources of at least one hydantoinase and / or dihydropyrimidinase are cowpea (especially Vigna angularis), Agrobacterium, Arthrobacter and Pseudomonas (Pseudomonas) ( In particular, according to the latest taxonomy, it is Burkholderia. Azuki bean hydantoinase is commercially available from Sigma-Aldrich (Sigma-Aldrich Corp., St. Louis, MO, USA).

特に好ましいのは、次の部分配列のうち少なくとも1つに対して60パーセントから100パーセントの同一性を有する、少なくとも1つの部分配列を含有する、ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼである:
IELGITGPEGQRLAGPTVL (配列番号1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (配列番号2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (配列番号3)
IELITGPEGQRLAGPVL (配列番号4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (配列番号5)
ITGPEGQRLAGP (配列番号7)。
Particularly preferred are hydantoinases and / or dihydropyrimidinases containing at least one partial sequence with 60 to 100 percent identity to at least one of the following partial sequences:
IELGITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 3)
IELITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (SEQ ID NO: 5)
ITGPEGQRLAGP (SEQ ID NO: 7).

配列番号1-5または7のいずれかに関する同一性の程度は、少なくとも60%、少なくとも65%、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、または少なくとも90%とすることができる。特に、配列番号1-5または7のいずれかに関する同一性の程度は、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、または少なくとも99%とすることができる。なかでも、配列番号1-5または7のいずれかは、ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼに含まれる配列と同一であるとすることができる(100%同一)。与えられた任意のタンパク質の、ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼ特性は、本明細書に記載のヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼアッセイによって、容易に測定することができる。   The degree of identity for any of SEQ ID NOs: 1-5 or 7 can be at least 60%, at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%. . In particular, the degree of identity for any of SEQ ID NOs: 1-5 or 7 is at least 91%, at least 92%, at least 93%, at least 94%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98% Or at least 99%. Among them, any of SEQ ID NOs: 1-5 or 7 can be identical (100% identical) to the sequences contained in hydantoinase and / or dihydropyrimidinase. The hydantoinase and / or dihydropyrimidinase properties of any given protein can be readily measured by the hydantoinase and / or dihydropyrimidinase assays described herein.

生物もしくは微生物中に存在する、またはそれらから抽出されたヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼに加えて、またはそうしたヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼの代わりに、そうしたヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼと機能的に同等なものを使用することができる。   Such hydantoinase and / or dihydropyrimidinase in addition to or in place of hydantoinase and / or dihydropyrimidinase present in or extracted from an organism or microorganism Functionally equivalent ones can be used.

機能的同等物は、少なくとも1カ所で天然のアミノ酸配列と異なっているが、ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼの酵素活性は少なくとも部分的にまだ保持している変異体である。機能的同等物は、1つもしくは複数の、たとえば1から20、1から15、または1、2、3、4、5、6、7、8、9、もしくは10アミノ酸の付加、置換、欠失および/または逆位を含んでいる可能性があるが、これは、前記同等物が触媒活性を完全になくさない限り、いかなる配列位置で起こってもよい。機能的同等物はまた、基質および/もしくは生成物のターンオーバー速度が変化し、および/または特定の基質の選択性が変化した酵素であってもよい(たとえば、より大きい、または疎水性の高い、R1および/またはR2基を有する基質を受け入れる機能的同等物)。少なくとも部分的に酵素活性を保存する可能性の高い置換の、限定的でない例を下記に記載する:

Figure 0005919192
A functional equivalent is a variant that differs from the natural amino acid sequence in at least one place, but still at least partially retains the enzymatic activity of hydantoinase and / or dihydropyrimidinase. A functional equivalent is an addition, substitution, deletion of one or more, eg 1 to 20, 1 to 15, or 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 amino acids And / or may include inversions, but this may occur at any sequence position as long as the equivalent does not completely abolish catalytic activity. A functional equivalent may also be an enzyme with altered substrate and / or product turnover rates and / or altered selectivity of a particular substrate (eg, larger or more hydrophobic) , Functional equivalents that accept substrates having R 1 and / or R 2 groups). Non-limiting examples of substitutions that are likely to at least partially preserve enzyme activity are described below:
Figure 0005919192

機能的同等物には、さらに、成熟ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼタンパク質の前駆体、ならびにその塩が含まれる。塩は、カルボキシル基の塩、およびアミノ基の酸付加塩を含む。カルボキシル基の塩は、当技術分野で公知の方法によって作成することができるが、この塩には、無機塩、たとえば、ナトリウム、カルシウム、アンモニア、鉄および亜鉛塩、ならびに有機塩基、たとえば、トリエタノールアミンなどのアミン類、アルギニン、リジン、ピペリジンなどで形成される塩がある。酸付加塩には、無機酸、たとえば、塩酸もしくは硫酸との塩、ならびに有機酸、たとえば酢酸およびシュウ酸で形成される塩がある。   Functional equivalents further include mature hydantoinase and / or precursors of dihydropyrimidinase protein, and salts thereof. The salt includes a salt of a carboxyl group and an acid addition salt of an amino group. Salts of carboxyl groups can be made by methods known in the art, including salts of inorganic salts such as sodium, calcium, ammonia, iron and zinc, and organic bases such as triethanol. There are salts formed with amines such as amines, arginine, lysine, piperidine and the like. Acid addition salts include salts with inorganic acids such as hydrochloric acid or sulfuric acid, and salts formed with organic acids such as acetic acid and oxalic acid.

機能的同等物はまた、天然に存在するヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼを、1つもしくは複数のアミノ酸側鎖、またはN末端もしくはC末端で修飾することによっても得ることができる。こうした誘導体にはたとえば、カルボキシル基の脂肪族エステル、カルボキシル基のアミド(アンモニアまたは一級もしくは二級アミンとの反応により得られる)、遊離アミン基のN-アシル誘導体(アシル基との反応により得られる)、または遊離ヒドロキシ基のO-アシル誘導体(アシル基との反応により得られる)を含めることができる。(たとえば人為的グリコシル化もしくは脱グリコシル化の後)天然のグリコシル化パターンと異なるグリコシル化パターンによって得られる機能的同等物も含まれる。   Functional equivalents can also be obtained by modifying naturally occurring hydantoinases and / or dihydropyrimidinases at one or more amino acid side chains, or at the N-terminus or C-terminus. Such derivatives include, for example, aliphatic esters of carboxyl groups, amides of carboxyl groups (obtained by reaction with ammonia or primary or secondary amines), N-acyl derivatives of free amine groups (obtained by reaction with acyl groups). ), Or O-acyl derivatives of free hydroxy groups (obtained by reaction with acyl groups). Also included are functional equivalents obtained by glycosylation patterns that differ from the natural glycosylation pattern (eg, after artificial glycosylation or deglycosylation).

機能的同等物にはさらに、他の生物もしくは微生物から得られる酵素、ならびに関連酵素の天然に存在するバリアントも含まれる。   Functional equivalents also include enzymes obtained from other organisms or microorganisms, as well as naturally occurring variants of related enzymes.

機能的同等物には、ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼの望ましい活性を有する、単一ドメインもしくは配列モチーフも含まれる。   Functional equivalents also include single domains or sequence motifs with the desired activity of hydantoinase and / or dihydropyrimidinase.

その上、機能的同等物は、天然に存在する配列もしくはその機能的同等物を、少なくとも1つの機能的に異なる配列と組み合わせて、N末端もしくはC末端で結合した状態で含んでなる融合タンパク質であってもよいが、これはタンパク質のヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼ活性を消失させない。こうした機能的に異なる配列の例は、シグナルペプチド(たとえば、融合タンパク質の排出を指示する)、酵素(たとえば、他の酵素的活性を追加するため)、または免疫グロブリンの一部(たとえば、融合タンパク質を固定化するため)である。   In addition, a functional equivalent is a fusion protein comprising a naturally occurring sequence or functional equivalent thereof combined with at least one functionally different sequence, linked at the N-terminus or C-terminus. There may be, but this does not abolish the hydantoinase and / or dihydropyrimidinase activity of the protein. Examples of such functionally distinct sequences are signal peptides (eg, directing the excretion of the fusion protein), enzymes (eg, to add other enzymatic activities), or portions of immunoglobulin (eg, fusion proteins). To immobilize.

機能的同等物には、天然に存在するタンパク質のホモログも含まれる。前記ホモログは、天然に存在するアミノ酸配列に対して、少なくとも60%の相同性、好ましくは少なくとも75%、および特に少なくとも85%、たとえば90%、95%、または99%の相同性(Pearson and Lipman, Proc. Natl. Acad, Sci. (USA) 85(8), 1988, 2444-2448のアルゴリズムによって計算される)を有する。所与のポリペプチドの「%相同性」は、具体的には、基準となる酵素もしくは酵素サブユニットの全長に関する、アミノ酸残基の同一性パーセンテージを表す。   Functional equivalents also include homologues of naturally occurring proteins. Said homologue is at least 60% homologous to a naturally occurring amino acid sequence, preferably at least 75%, and in particular at least 85%, such as 90%, 95% or 99% homology (Pearson and Lipman , Proc. Natl. Acad, Sci. (USA) 85 (8), 1988, 2444-2448). The “% homology” of a given polypeptide specifically represents the percentage identity of amino acid residues with respect to the full length of the reference enzyme or enzyme subunit.

機能的同等物は、当業界で公知の方法によって作製することもできる。遺伝子を改変する方法、さらにその結果として、そうした遺伝子にコードされるタンパク質を目的とする方法は、以前から知られており、たとえば、遺伝子の1つもしくは複数のヌクレオチドが特異的に交換される、部位特異的変異誘発(Trower MK (Hrsg.) 1996; In vitro mutagenesis protocols. Humana Press, New Jersey)、遺伝子の任意の位置で任意のアミノ酸に対するコドンを交換もしくは付加することができる、飽和突然変異誘発(Kegler-Ebo DM, Docktor CM, DiMaio D (1994) Nucleic Acids Res 22:1593; Barettino D, Feigenbutz M, Valcarel R, Stunnenberg HG (1994) Nucleic Acids Res 22:541; Barik S (1995) Mol Biotechnol 3:1)、エラーなしでは作動しないDNAポリメラーゼによって、ヌクレオチド配列が変異する、エラープローンポリメラーゼ連鎖反応(エラープローンPCR)(Eckert KA, Kunkel TA (1990) Nucleic Acids Res 18:3739);たとえば欠損DNA修復機構に起因して、変異率の増加が観察される、突然変異誘発株の遺伝子の継代(Greener A, Callahan M, Jerpseth B (1996) An efficient random mutagenesis technique using an E.coli mutator strain. In: Trower MK (Hrsg.) In vitro mutagenesis protocols. Humana Press, New Jersey)、または、はじめに、密接に関連する遺伝子のプールを作製して消化した後、得られた断片をポリメラーゼ連鎖反応のテンプレートとして使用して、鎖分離およびアニーリングを繰り返すことにより全長モザイク遺伝子を作製する、DNAシャフリング(Stemmer WPC (1994) Nature 370:389; Stemmer WPC (1994) Proc Natl Acad Sci USA 91:10747)がある。   Functional equivalents can also be made by methods known in the art. Methods for modifying genes and, as a result, methods aimed at proteins encoded by such genes have been known for some time, for example, one or more nucleotides of a gene are specifically exchanged, Site-directed mutagenesis (Trower MK (Hrsg.) 1996; In vitro mutagenesis protocols. Humana Press, New Jersey), saturation mutagenesis where codons for any amino acid can be exchanged or added at any position in the gene (Kegler-Ebo DM, Docktor CM, DiMaio D (1994) Nucleic Acids Res 22: 1593; Barettino D, Feigenbutz M, Valcarel R, Stunnenberg HG (1994) Nucleic Acids Res 22: 541; Barik S (1995) Mol Biotechnol 3 : 1) Error-prone polymerase chain reaction (error-prone PCR) (Eckert KA, Kunkel TA (1990) Nucleic Acids Res 18) : 3739); For example, an increase in the mutation rate is observed due to the defective DNA repair mechanism (Gerer et al., Greener A, Callahan M, Jerpseth B (1996) An efficient random mutagenesis technique using an E. coli mutator strain. In: Trower MK (Hrsg.) In vitro mutagenesis protocols. Humana Press, New Jersey), or fragments obtained after first creating and digesting a pool of closely related genes DNA shuffling (Stemmer WPC (1994) Nature 370: 389; Stemmer WPC (1994) Proc Natl Acad Sci USA). 91: 10747).

使用される方法に応じて、当業者は、純粋にランダムな変異、またはより定方向の変異を遺伝子もしくは非コード領域(発現制御に関連する可能性がある)内に導入した後、遺伝子バンクを作製することができる。必要な方法は、当業者に知られており、たとえば、Sambrook und Russell, Molecular Cloning. 3. Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press 2001に記載されている。   Depending on the method used, one skilled in the art will introduce a gene bank after introducing purely random mutations, or more directed mutations into genes or non-coding regions (which may be related to expression control). Can be produced. The required methods are known to those skilled in the art and are described, for example, in Sambrook and Russell, Molecular Cloning. 3. Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press 2001.

いわゆる「定方向進化」の方法(特に、Reetz MT und Jaeger K-E (1999), Topics Curr Chem 200:31; Zhao H, Moore JC, Volkov AA, Arnold FH (1999), Methods for optimizing industrial enzymes by directed evolution:Demain AL, Davies JE (Hrsg.) Manual of industrial microbiology and biotechnology. American Society for Microbiologyより、に記載の)が用いられる場合、(完全にランダム、とは対照的に)方向付けられたアプローチで、しかも大規模に機能的同等物を作製することができる。第1段階で、各タンパク質(たとえばヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼ)の遺伝子バンクが、たとえば前記方法を適用することによって、作製される。遺伝子バンクは、適当な方法で、たとえば、細菌もしくはファージディスプレイ系によって発現される。さらに、適当な発現ベクターを選択することにより宿主におけるタンパク質の局在化を制御するための方法が、当技術分野で知られている。タンパク質は、細胞内で細胞質内に局在したり、膜アンカーの付加で膜内に局在する可能性があるが、シグナルペプチダーゼの認識配列を含有するシグナルペプチドの付加によって細胞外に局在することもある。次の第2ステップにおいて、望ましい特性を有するタンパク質を発現するクローンを選択もしくはスクリーニングする。選択法を用いる場合、望ましい特性を有するタンパク質を発現するクローンは、そうしたタンパク質が宿主細胞の生存を促進もしくは保証するので、生存することになる(たとえば、特定の基質の使用、または特定の温度での増殖を可能にする酵素)。スクリーニング法を用いる場合、全クローンが生存する。望ましい特性を有するタンパク質を発現するクローンは、当業者が容易に考案することができる適当なアッセイによって同定される。たとえば特定の結合特性を有するタンパク質を探索する場合、望ましい結合能力にふさわしい基質でコーティングした表面に付着する宿主細胞を、スクリーニングすることができる。このようなタンパク質を発現する宿主細胞は、発現されたタンパク質を介して基質に付着することができるが、機能しないタンパク質を発現する宿主細胞はそのようになり得ない。特定の触媒特性を有する機能的同等物を探索する場合、宿主細胞は、基質含有培地、または基質含有寒天プレートで培養することができる。機能的同等物の存在は、たとえば、そうした機能的同等物による基質修飾後の色の変化によって指示される(機能的同等物と基質含有培地との接触を可能にするために、必要に応じて、宿主細胞を溶解した後)。ヒダントイナーゼまたはジヒドロピリミジナーゼの機能的同等物は、目的の置換を有するジヒドロウラシルを含有する培地でスクリーニングすることができる。   So-called “directed evolution” methods (especially Reetz MT und Jaeger KE (1999), Topics Curr Chem 200: 31; Zhao H, Moore JC, Volkov AA, Arnold FH (1999), Methods for optimizing industrial enzymes by directed evolution : Demain AL, Davies JE (Hrsg.) Manual of industrial microbiology and biotechnology. (As described in the American Society for Microbiology), in a directed approach (as opposed to completely random) Moreover, functional equivalents can be produced on a large scale. In the first stage, a gene bank for each protein (eg hydantoinase and / or dihydropyrimidinase) is created, for example by applying the method. The gene bank is expressed in a suitable manner, for example by bacteria or phage display systems. In addition, methods for controlling protein localization in the host by selecting appropriate expression vectors are known in the art. The protein may be localized in the cytoplasm within the cell or within the membrane by the addition of a membrane anchor, but is localized extracellularly by the addition of a signal peptide containing a signal peptidase recognition sequence Sometimes. In the next second step, clones expressing proteins with the desired properties are selected or screened. When using selection methods, clones that express proteins with desirable properties will survive because such proteins promote or guarantee the survival of host cells (eg, at the use of specific substrates or at specific temperatures). Enzyme that allows the growth of). When using the screening method, all clones survive. Clones expressing proteins with the desired properties are identified by suitable assays that can be readily devised by those skilled in the art. For example, when searching for proteins with specific binding properties, host cells that adhere to a surface coated with a substrate appropriate for the desired binding ability can be screened. Host cells that express such proteins can attach to the substrate via the expressed protein, but host cells that express nonfunctional proteins cannot. When searching for functional equivalents having specific catalytic properties, host cells can be cultured in substrate-containing media or substrate-containing agar plates. The presence of functional equivalents is indicated, for example, by a color change after substrate modification by such functional equivalents (as necessary to allow contact between the functional equivalent and the substrate-containing medium). After lysing the host cells). Functional equivalents of hydantoinase or dihydropyrimidinase can be screened on media containing dihydrouracil with the desired substitution.

これに関連して、ハイスループットスクリーニングを可能にするために、自動システム(たとえば、マイクロタイタープレート用ピペッティングロボット、スクリーニングロボット、寒天プレート上のコロニーを識別するための画像処理システム)を使用することもできる。大部分または少なくとも一部が望ましい特性に相当する特徴を有する、機能的同等物を発現する宿主細胞の各遺伝子を、1回または複数回の変異に供する。変異および選択もしくはスクリーニングのステップは、機能的同等物が満足できる程度の望ましい特性を有するまで、反復プロセスで繰り返すことができる。   In this context, use automated systems (eg pipetting robots for microtiter plates, screening robots, image processing systems to identify colonies on agar plates) to enable high-throughput screening. You can also. Each gene of the host cell that expresses a functional equivalent, most or at least partially having characteristics corresponding to the desired properties, is subjected to one or more mutations. Mutation and selection or screening steps can be repeated in an iterative process until the functional equivalent has satisfactory desirable properties.

多数の変異をタンパク質配列に挿入することによって、一定の特性(たとえば酵素の回転率)を改善したり、新たな特性(新たな基質クラスを受容する)を獲得したりするよりも、機能の喪失のほうが起こりやすいが、反復アプローチを適用することによって、方向付けされたやり方で望ましい特性を有するタンパク質をスクリーニングすることができる。反復アプローチを実施する場合、野生型タンパク質などの基準となるタンパク質(たとえば、個別のヒダントイナーゼまたはジヒドロピリミジナーゼ)のヌクレオチド配列に基づいて、変異を有する遺伝子ライブラリーが作製される。これに関連して、選択されたヌクレオチドレベルでの変異率は、対応する翻訳されたペプチドもしくはタンパク質において比較的少数のアミノ酸、たとえば1から3アミノ酸に変異を起こさせる。結果として得られたペプチドもしくはタンパク質は、その後、望ましい特徴(たとえば、1つもしくは複数の基質に対する触媒活性の高まり、基質範囲の拡大もしくは変化、上昇もしくは変化した温度もしくはpH値における、または特定の溶媒存在下での、安定性の増大)を目的としてスクリーニングする。こうした望ましい特性を有するタンパク質もしくはペプチドの配列に基づいて(少ししか確認できなくてもよい)、第2の遺伝子ライブラリーを作製し、再び低率の変異を導入する。その後、翻訳されたタンパク質を、望ましい特性でスクリーニングする。変異した遺伝子ライブラリーを作製し、そのライブラリーに基づいて発現されるペプチドもしくはタンパク質をスクリーニングするサイクルは、必要と見なされる回数、繰り返すことができる。サイクルごとに低い変異率を選択することは、あまりに多くの変異が累積することによってほとんどすべてのタンパク質が機能しないような状況を回避する。低い変異率(ならびに、付随して、望ましい特性の低い、もしくはゆっくりした発現)は、(機能的同等物をもたらすかもしれない)変異および(望ましい機能的同等物の)選択を反復して繰り返すことで埋め合わせることが可能であり、それによって有用な変異の蓄積をもたらし、最終的には、望ましい改善された特性を有する成功タンパク質を高率で提供することができる。改善された特性を有する機能的同等物の配列分析により、望ましい特性のために重要な、ペプチドもしくはタンパク質内の配列位置もしくは配列領域を特定する、配列情報が得られる。望ましい特性を有するタンパク質の作製に関する例は、Zhao und Arnold, Protein Engineering 12:47-53 (1999)、またはMay et al., Nature Biotechnology 18:317-320 (2000)に記載されており、変異を導入するための他の方法もそれから明らかになる。   Loss of function by inserting a large number of mutations into a protein sequence rather than improving certain properties (eg enzyme turnover) or gaining new properties (accepting new substrate classes) Although more likely, it is possible to screen for proteins with desirable properties in an oriented manner by applying an iterative approach. When performing an iterative approach, gene libraries with mutations are created based on the nucleotide sequence of a reference protein (eg, individual hydantoinase or dihydropyrimidinase) such as a wild-type protein. In this context, the mutation rate at the selected nucleotide level causes a relatively small number of amino acids, for example 1 to 3 amino acids, to mutate in the corresponding translated peptide or protein. The resulting peptide or protein is then subjected to desirable characteristics (eg, increased catalytic activity for one or more substrates, expanded or altered substrate range, elevated or altered temperature or pH value, or a specific solvent For increased stability in the presence). Based on the sequence of the protein or peptide having these desirable properties (which may need only a few confirmations), a second gene library is created and again introduced with a low rate of mutations. The translated protein is then screened for the desired properties. The cycle of creating a mutated gene library and screening for peptides or proteins expressed based on that library can be repeated as many times as deemed necessary. Choosing a low mutation rate per cycle avoids situations where too many mutations accumulate and almost all proteins do not function. Low mutation rates (as well as concomitant low or slow expression of desirable properties) iteratively repeat mutations (which may result in functional equivalents) and selection (of desired functional equivalents) Which can lead to the accumulation of useful mutations and ultimately provide a high rate of successful proteins with desirable improved properties. Sequence analysis of functional equivalents with improved properties provides sequence information that identifies sequence positions or regions within the peptide or protein that are important for the desired properties. Examples for the production of proteins with desirable properties are described in Zhao und Arnold, Protein Engineering 12: 47-53 (1999), or May et al., Nature Biotechnology 18: 317-320 (2000). Other ways to implement will then become apparent.

機能的同等物は、上記タンパク質の根本となる核酸配列から誘導された核酸配列によっても得ることができる。他に指定のない限り、誘導された核酸配列は、元の核酸に対して少なくとも80%の同一性、または少なくとも90%、具体的には約91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%もしくは99%の同一性を有する核酸を意味する。100%の同一性は、核酸の全長にわたって2つの核酸配列のヌクレオチドが同一であることを意味するが、具体的には、同一性は、Infomax(USA)のVector NTI Suite 7.1ソフトウェアおよびClustal法を用いて、二つの核酸配列の比較により決定される。   Functional equivalents can also be obtained by nucleic acid sequences derived from the nucleic acid sequence underlying the protein. Unless otherwise specified, the derived nucleic acid sequence has at least 80% identity to the original nucleic acid, or at least 90%, specifically about 91%, 92%, 93%, 94%, 95 Nucleic acids with%, 96%, 97%, 98% or 99% identity. While 100% identity means that the nucleotides of the two nucleic acid sequences are identical over the entire length of the nucleic acid, specifically, identity is determined by using the Vector NTI Suite 7.1 software from Infomax (USA) and the Clustal method. And determined by comparison of two nucleic acid sequences.

誘導された核酸(一本鎖もしくは二本鎖DNAまたはRNA配列、たとえばcDNAまたはmRNA)は、当技術分野で公知の方法により、構成単位であるヌクレオチドから化学合成することができるが、たとえば、構成単位であるヌクレオチドもしくはオリゴマーの縮合によって化学合成することができる。たとえば、化学合成は、ホスホアミダイト法によって行うことができる((Voet, Voet, 2. Ed., Wiley Press, New York, p. 896-897)。合成オリゴヌクレオチドのアニーリング、およびDNAポリメラーゼのKlenow断片によるギャップの充填、ライゲーション反応、ならびに一般的なクローニング法は、当技術分野で知られており、たとえば、Sambrook et al., Molecular Cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989に記載されている。   Derived nucleic acids (single-stranded or double-stranded DNA or RNA sequences such as cDNA or mRNA) can be chemically synthesized from nucleotides as building blocks by methods known in the art. It can be chemically synthesized by condensing unit nucleotides or oligomers. For example, chemical synthesis can be performed by the phosphoramidite method ((Voet, Voet, 2. Ed., Wiley Press, New York, p. 896-897), annealing of synthetic oligonucleotides, and Klenow fragment of DNA polymerase. Gap filling, ligation reactions, and general cloning methods are known in the art and described, for example, in Sambrook et al., Molecular Cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989. Yes.

誘導された核酸は、データベースで同定することができるが、遺伝子バンクもしくは生物から単離することもできる。具体的には、誘導された核酸は、配列番号1-5または7に記載のペプチド配列に対応する核酸を、ハイブリダイゼーション用のプローブとして、またはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)のプライマーとして用いることによって、単離することができる。プローブもしくはプライマーは通常、ストリンジェントな条件下で、元の核酸に由来する可能性のある核酸配列のセンス鎖もしくはアンチセンス鎖の少なくとも12、好ましくは少なくとも25、たとえば約40または約75個の連続したヌクレオチドとハイブリダイズする、ヌクレオチド配列領域を含んでいる。可能性のある誘導された核酸配列は、遺伝子バンク、標的生物の細胞性物質、たとえば細胞(好ましくは透過性細胞)もしくはそれから抽出された細胞成分(好ましくは、少なくとも部分精製された核酸)、の中に存在しうるが、この標的生物は、誘導された核酸の存在を調べられるべき生物である。細胞性物質は、アガロースゲル上で分離することができ、使用されたプローブと結合する核酸断片の存在を検出する目的で、標準条件下でノーザンブロットもしくはサザンブロットハイブリダイゼーションを行うために、膜に転写することができるが、その代わりに、PCR反応のプライマー用のテンプレートとなることもあり、このプローブもしくはプライマーは、配列番号1-5または7に記載のペプチド配列のいずれかに基づく核酸配列から得ることができる。ブロット膜もしくはゲル上の、ハイブリダイズした核酸バンド、またはPCR反応においてハイブリダイズしたテンプレート核酸(元の核酸に由来するフォワードもしくはリバースプライマー、またはランダムプライマーを用いて増幅されていてもよい)を単離して、当技術分野で公知の方法(たとえば、Sambrook et al., 1989)により適当なベクターにクローニングした後、配列決定するか、または、遺伝子バンクもしくは細胞性物質から、より長い、好ましくは全長遺伝子を含有する核酸断片を単離するために、さらにストリンジェントな条件下でハイブリダイゼーションプローブとして使用することができる。   The derived nucleic acid can be identified in a database, but can also be isolated from a gene bank or organism. Specifically, the derived nucleic acid is obtained by using a nucleic acid corresponding to the peptide sequence described in SEQ ID NOs: 1-5 or 7 as a probe for hybridization or as a primer for polymerase chain reaction (PCR). It can be isolated. The probe or primer is usually at least 12, preferably at least 25, such as about 40 or about 75 contiguous sequences of sense or antisense strands of the nucleic acid sequence that may be derived from the original nucleic acid under stringent conditions. It contains a nucleotide sequence region that hybridizes with the selected nucleotide. Possible derived nucleic acid sequences include gene banks, cellular materials of the target organism, such as cells (preferably permeable cells) or cellular components extracted therefrom (preferably at least partially purified nucleic acids). Although it can be present in, this target organism is the organism to be examined for the presence of the derived nucleic acid. Cellular material can be separated on an agarose gel and applied to a membrane for Northern blot or Southern blot hybridization under standard conditions to detect the presence of nucleic acid fragments that bind to the probe used. Alternatively, it can be a template for a primer for a PCR reaction, which probe or primer is derived from a nucleic acid sequence based on any of the peptide sequences set forth in SEQ ID NOs: 1-5 or 7. Can be obtained. Isolate a hybridized nucleic acid band on a blot membrane or gel, or a template nucleic acid hybridized in a PCR reaction (which may have been amplified using forward or reverse primers derived from the original nucleic acid, or random primers) After cloning into an appropriate vector by methods known in the art (eg, Sambrook et al., 1989) or sequencing, or from a gene bank or cellular material, a longer, preferably full length gene. Can be used as a hybridization probe under more stringent conditions.

標準的なハイブリダイゼーション条件は、それぞれの核酸に応じてさまざまであるが、概して、0.1 x SSCから5 x SSCまでの水性バッファー溶液中で(この1 x SSCは0.15 M NaCl、14 mM クエン酸ナトリウム、pH 7.2に相当する)、または追加して50%ホルムアミドの存在下で、42℃〜58℃の温度であって、たとえば50%ホルムアミド含有5 x SSC中42℃である。DNA:DNAハイブリッドのハイブリダイゼーション条件は、好ましくは0.1 x SSCで約20℃〜約45℃の温度を含んでいるが、特に30℃〜45℃である。DNA:RNAハイブリッドのハイブリダイゼーション条件は、好ましくは0.1 x SSCで約30℃〜約55℃の温度を含んでいるが、特に45℃〜55℃である。前記の温度は、ホルムアミドを含まないSSCバッファー中での、約100ヌクレオチドを含有する、G+C含量50%の核酸のハイブリダイゼーション温度の例である。DNAハイブリダイゼーションの実験条件および他の分子生物学の技術は、分子生物学の教科書もしくは実験マニュアルに記載されている(たとえば、Sambrook et al., 1989, Ausubel et al. (eds.), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, 1985; Hames and Higgins (eds.), Nucleic Acid Hybridisation: A Practical Approach, IRL Press at Oxford University Press, Oxford, 1985; Brown (ed.), Essential Moelcular Biolgoy: A Practical Approach, IRL Press at Oxford University Press, Oxford, 1991))が、当業者は、核酸の長さ、ハイブリッドの種類、およびG+C含量などのパラメーターを考慮して、当技術分野で公知の公式に従って計算することができる。たとえばノーザンブロットにおける、ストリンジェントな条件の例は、0.1%SDS含有0.1 x SSC(20 x SSC: 3 M NaCl、0.3 M クエン酸ナトリウム、pH 7.0)の使用、および50℃〜70℃の温度が含まれるが、非特異的に結合したプローブもしくはオリゴヌクレオチドを溶出するために60℃〜65℃が好ましい。ストリンジェントな条件の選択および適応は当技術分野で知られており、文献に記載されている(たとえばSambrook et al., 1989)。   Standard hybridization conditions vary for each nucleic acid, but are generally in aqueous buffer solutions from 0.1 x SSC to 5 x SSC (1 x SSC is 0.15 M NaCl, 14 mM sodium citrate , Corresponding to pH 7.2), or additionally in the presence of 50% formamide at a temperature of 42 ° C. to 58 ° C., for example 42 ° C. in 5 × SSC containing 50% formamide. Hybridization conditions for DNA: DNA hybrids preferably include 0.1 x SSC and a temperature of about 20 ° C to about 45 ° C, particularly 30 ° C to 45 ° C. Hybridization conditions for DNA: RNA hybrids preferably include 0.1 x SSC and a temperature of about 30 ° C to about 55 ° C, particularly 45 ° C to 55 ° C. The above temperature is an example of the hybridization temperature of a nucleic acid with a G + C content of 50% containing about 100 nucleotides in SSC buffer without formamide. Experimental conditions for DNA hybridization and other molecular biology techniques are described in molecular biology textbooks or experimental manuals (eg, Sambrook et al., 1989, Ausubel et al. (Eds.), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, 1985; Hames and Higgins (eds.), Nucleic Acid Hybridisation: A Practical Approach, IRL Press at Oxford University Press, Oxford, 1985; Brown (ed.), Essential Moelcular Biolgoy : A Practical Approach, IRL Press at Oxford University Press, Oxford, 1991), but those skilled in the art know in the art, considering parameters such as nucleic acid length, hybrid type, and G + C content Can be calculated according to the formula An example of stringent conditions in Northern blots, for example, is the use of 0.1 x SSC containing 0.1% SDS (20 x SSC: 3 M NaCl, 0.3 M sodium citrate, pH 7.0), and temperatures between 50 ° C and 70 ° C. Although included, 60 ° C. to 65 ° C. is preferred for eluting non-specifically bound probes or oligonucleotides. The selection and adaptation of stringent conditions is known in the art and is described in the literature (eg Sambrook et al., 1989).

誘導された核酸は、当技術分野で知られている方法にしたがって単離することができる。単離された核酸分子は、逸脱した配列を含む他の核酸分子から、基本的に分離された核酸分子であると理解されるべきである。単離された核酸分子は、基本的に核酸以外の細胞物質もしくは培地を含まないことが好ましく、化学合成により作製された場合には、化学的前駆体もしくは他の化学薬品が基本的に存在しないことが好ましい。   The derived nucleic acid can be isolated according to methods known in the art. An isolated nucleic acid molecule is to be understood as a nucleic acid molecule that is essentially separated from other nucleic acid molecules containing deviating sequences. Isolated nucleic acid molecules are preferably essentially free of cellular material or medium other than nucleic acid and, when made by chemical synthesis, are essentially free of chemical precursors or other chemicals. It is preferable.

誘導された核酸は、適宜、制限酵素により切断し、リンカー分子でライゲートした後、発現構築物に導入することができる。発現構築物において、誘導された核酸は、その核酸配列からの、対応するポリペプチドもしくはタンパク質配列の発現を制御する調節エレメントに、機能しうるように連結されており、前記核酸配列は、有用なヒダントイナーゼまたはジヒドロピリミジナーゼをコードする配列である。発現構築物は、誘導された核酸の上流にプロモーターを含み、その下流に転写終結配列を含んでいることが好ましい。機能しうる連結は、プロモーター、コード配列、ターミネーター、さらに必要に応じて、追加の調節エレメントが、コード配列の発現について前記調節エレメントのそれぞれの適正な機能を可能にするように、順次、配置されていると理解されるべきである。機能しうるように連結されるべきエレメントの例には、ターゲティング配列、エンハンサー、ポリアデニル化シグナルなどがある。他に有用なエレメントとしては、選択可能なマーカー、増幅シグナル、複製開始点などがある。有用な調節エレメントは、当技術分野で知られており、たとえば、Goeddel, Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, CA (1990)に記載されている。人工調節エレメントもしくは配列に加えて、またはその代わりに、天然調節配列が、ヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼの構造遺伝子の上流に存在してもよい。天然の調節は遺伝子改変によって、スイッチオフにしたり、発現が低下もしくは上昇するように改変することができる。同様に、遺伝子構築物は、人工エレメントを挿入することなく天然調節エレメントだけを保存することによって、より単純化された構造を有することもある。天然調節エレメントは、調節が生じず、遺伝子発現が低下、または好ましくは増加するように、変異させることができる。ヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼの構造遺伝子は、単一コピーまたは複数コピーとして存在しうるが、場合によっては混合コピーとして、すなわちヒダントイナーゼおよびジヒドロピリミジナーゼが遺伝子構築物中に同時に存在してもよい。   The derived nucleic acid can be appropriately cleaved with a restriction enzyme, ligated with a linker molecule, and then introduced into an expression construct. In the expression construct, the derived nucleic acid is operably linked to regulatory elements that control the expression of the corresponding polypeptide or protein sequence from the nucleic acid sequence, said nucleic acid sequence comprising a useful hydantoinase. Or a sequence encoding dihydropyrimidinase. The expression construct preferably contains a promoter upstream of the derived nucleic acid and a transcription termination sequence downstream thereof. Functional linkages are sequentially arranged such that the promoter, coding sequence, terminator, and optionally additional regulatory elements allow the proper functioning of each of the regulatory elements for expression of the coding sequence. Should be understood. Examples of elements to be operably linked include targeting sequences, enhancers, polyadenylation signals, and the like. Other useful elements include selectable markers, amplification signals, and origins of replication. Useful regulatory elements are known in the art and are described, for example, in Goeddel, Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, CA (1990). In addition to or instead of the artificial regulatory elements or sequences, natural regulatory sequences may be present upstream of the hydantoinase or dihydropyrimidinase structural genes. Natural regulation can be switched off by genetic modification, or modified to reduce or increase expression. Similarly, genetic constructs may have a more simplified structure by preserving only natural regulatory elements without inserting artificial elements. Natural regulatory elements can be mutated so that regulation does not occur and gene expression is reduced or preferably increased. The hydantoinase or dihydropyrimidinase structural gene may be present as a single copy or multiple copies, but in some cases, as a mixed copy, ie, hydantoinase and dihydropyrimidinase may be present simultaneously in the gene construct.

有用なプロモーターの例は、cos-、tac-、trp-、tet-、trp-tet-、lpp-、lac-、lpp-lac-、lacIq-、T7-、T5-、T3-、gal-、trc-、ara-、SP6-、lambda-PR-またはlambda-PL-プロモーター(これらは好ましくは、グラム陰性細菌において使用される);ならびにプロモーター amyおよびSPO2、または酵母プロモーター ADC1、MFalpha、AC、P-60、CYC1、GAPDHである。細胞増殖および適当な細胞密度の蓄積後にヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼ発現の誘導を可能にする誘導プロモーター、たとえば温度または化合物によって誘導されるプロモーター(たとえばメタロチオネインプロモーター)を使用してもよい。同様に、人工プロモーターも使用できる。   Examples of useful promoters are cos-, tac-, trp-, tet-, trp-tet-, lpp-, lac-, lpp-lac-, lacIq-, T7-, T5-, T3-, gal-, trc-, ara-, SP6-, lambda-PR- or lambda-PL- promoters (which are preferably used in gram-negative bacteria); and promoters amy and SPO2, or yeast promoters ADC1, MFalpha, AC, P -60, CYC1, GAPDH. Inducible promoters that allow induction of hydantoinase or dihydropyrimidinase expression after cell growth and accumulation of the appropriate cell density, such as temperature or compound-inducible promoters (eg, metallothionein promoter) may be used. Similarly, artificial promoters can be used.

組換え発現構築物は、適当なベクター、たとえばプラスミドに挿入されることが好ましく、これは次に適当な宿主細胞に導入される。ベクターは、当技術分野で知られており、たとえば、Pouwels et al. (eds.), Cloning Vectors, Elsevier, Amsterdam-New York-Oxford, 1985に記載されている。プラスミドに加えて、ベクターは、当技術分野で知られているあらゆる他のベクターであってもよく、たとえば、ファージ、ウイルス、たとえばSV40、CMV、バキュロウイルスおよびアデノウイルス、トランスポゾン、ISエレメント、ファスミド、コスミド、ならびに線状もしくは環状DNAとすることができる。ベクターは宿主において自律的に複製することができるが、染色体に組み込まれた後、染色体性に複製されることもある。非融合タンパク質発現ベクターの例は、pTrc (Amann et al., (1988) Gene 69:301-315)、およびpET 11d (Studier et al. Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, Kalifornien (1990) 60-89)である。たとえば、Saccharomyces cerevisiaeで発現するための、酵母発現ベクターの例は、pYepSec1 (Baldari et al., (1987) Embo J. 6:229-234), pMFa (Kurjan und Herskowitz (1982) Cell 30:933-943)、pJRY88 (Schultz et al. (1987) Gene 54:113-123)、およびpYES2 (Invitrogen Corporation, San Diego, CA)である。真菌、特に糸状菌に有用なベクターを構築するための、ベクターおよび方法は、van den Hondel, C.A.M.J.J. & Punt, P.J. (1991) “Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi, in: Applied Molecular Genetics of Fungi, J.F. Peberdy et al., Hrsg., S. 1-28, Cambridge University Press: Cambridgeに記載されている。Sf9細胞などの昆虫細胞においてタンパク質を発現するためのバキュロウイルスベクターの例には、pAcシリーズ (Smith et al., (1983) Mol. Cell Biol.. 3:2156-2165) およびpVLシリーズ (Lucklow und Summers (1989) Virology 170:31-39)があり、哺乳動物細胞ベクターの例としては、pCDM8 (Seed, B. (1987) Nature 329:840) およびpMT2PC (Kaufman et al. (1987) EMBO J. 6:187-195)がある。原核および真核細胞のための他の発現系が、Sambrook, Fritsch, and Maniatis, Molecular cloning: A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989の第16章および第17章に記載されている。 The recombinant expression construct is preferably inserted into a suitable vector, such as a plasmid, which is then introduced into a suitable host cell. Vectors are known in the art and are described, for example, in Pouwels et al. (Eds.), Cloning Vectors, Elsevier, Amsterdam-New York-Oxford, 1985. In addition to plasmids, the vector may be any other vector known in the art, such as phages, viruses such as SV40, CMV, baculovirus and adenovirus, transposon, IS element, fasmid, It can be cosmid and linear or circular DNA. Vectors can replicate autonomously in the host, but may be replicated chromosomally after being integrated into the chromosome. Examples of non-fusion protein expression vectors are pTrc (Amann et al., (1988) Gene 69: 301-315), and pET 11d (Studier et al. Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, Kalifornien (1990) 60-89). For example, examples of yeast expression vectors for expression in Saccharomyces cerevisiae are pYepSec1 (Baldari et al., (1987) Embo J. 6: 229-234), pMFa (Kurjan und Herskowitz (1982) Cell 30: 933- 943), pJRY88 (Schultz et al. (1987) Gene 54: 113-123), and pYES2 (Invitrogen Corporation, San Diego, CA). Vectors and methods for constructing useful vectors for fungi, particularly filamentous fungi, are described in van den Hondel, CAMJJ & Punt, PJ (1991) “Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi, in: Applied Molecular Genetics of Fungi. , JF Peberdy et al., Hrsg., S. 1-28, Cambridge University Press: Cambridge, examples of baculovirus vectors for expressing proteins in insect cells such as Sf9 cells include the pAc series (Smith et al., (1983) Mol. Cell Biol .. 3: 2156-2165) and pVL series (Lucklow und Summers (1989) Virology 170: 31-39). Examples of mammalian cell vectors include pCDM8 (Seed, B. (1987) Nature 329: 840) and pMT2PC (Kaufman et al. (1987) EMBO J. 6: 187-195) Other expression systems for prokaryotic and eukaryotic cells are: Sambrook, Fritsch, and Maniatis, Molecular cloning:. A Laboratory Manual, 2 nd Ed, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Labor It is described in Chapters 16 and 17 of atory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989.

前記ベクターを用いて、それらのベクターの少なくとも1つで形質転換され、本発明の方法に有用なヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼを発現する、組み換え生物を作製することができる。組換え構築物は、適当な宿主系に導入された後、発現が可能となる。導入のために、当技術分野で公知の方法、たとえば共沈殿、プロトプラスト融合、エレクトロポレーション、化学的形質転換、レトロウイルス形質転換などを使用することができる。適当な方法はたとえば、Current Protocols in Molecular Biology, F. Ausubel et al., ed., Wiley Interscience, New York 1997, oder Sambrook et al. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2. Aufl., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989に記載されている。   The vectors can be used to create recombinant organisms that are transformed with at least one of those vectors and express hydantoinase or dihydropyrimidinase useful in the methods of the invention. The recombinant construct can be expressed after being introduced into a suitable host system. For introduction, methods known in the art such as coprecipitation, protoplast fusion, electroporation, chemical transformation, retroviral transformation and the like can be used. Suitable methods include, for example, Current Protocols in Molecular Biology, F. Ausubel et al., Ed., Wiley Interscience, New York 1997, oder Sambrook et al. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2. Aufl., Cold Spring Harbor Laboratory , Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989.

適当な宿主生物または宿主細胞は、ヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼをコードする核酸、またはそれらに由来する核酸の発現を可能にする生物または細胞である。宿主細胞には、細菌、真菌、酵母、植物または動物細胞がある。細菌の例は、エシェリキア(Escherichia)属、たとえば大腸菌(Escherichia coli)、ストレプトミセス(Streptomyces)属、バシラス(Bacillus)属、シュードモナス(Pseudomonas)もしくはバークホルデリア(Burkholderia)属であり、真核微生物の例は、出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)、コウジカビ(Aspergillus)属であり、動物もしくは植物由来の高等真核細胞はたとえば、Sf9-、CHO- またはHEK293細胞であるが、動物もしくは植物のような高等真核生物の、単個細胞または凝集した細胞は、本明細書では微生物と称することもある。   Suitable host organisms or host cells are organisms or cells that allow the expression of nucleic acids encoding hydantoinase or dihydropyrimidinase, or nucleic acids derived therefrom. Host cells include bacterial, fungal, yeast, plant or animal cells. Examples of bacteria are those of the genus Escherichia, such as Escherichia coli, Streptomyces, Bacillus, Pseudomonas or Burkholderia, which are eukaryotic microorganisms. Examples are the genus Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus, and higher eukaryotic cells from animals or plants are, for example, Sf9-, CHO- or HEK293 cells, but higher true such as animals or plants. A single cell or aggregated cell of a nuclear organism is sometimes referred to herein as a microorganism.

形質転換に成功した細胞の選択は、それぞれのベクターまたは発現カセットに含まれるマーカー遺伝子に基づいて行うことができる。マーカー遺伝子の例には、抗生物質耐性遺伝子または発色反応を触媒する酵素の遺伝子があり、この発色反応は、形質転換細胞の染色または蛍光をもたらす。前記細胞は、自動細胞選別によって選択することができる。たとえばG418もしくはハイグロマイシンに対する、抗生物質耐性遺伝子を保持する、形質転換に成功した細胞は、抗生物質含有培地もしくは寒天プレートで選択することができる。細胞表面上に発現されるマーカータンパク質は、アフィニティクロマトグラフィーによる選択に使用することができる。   Selection of cells that have been successfully transformed can be performed based on the marker gene contained in the respective vector or expression cassette. Examples of marker genes include antibiotic resistance genes or genes for enzymes that catalyze the color reaction, which results in staining or fluorescence of the transformed cells. The cells can be selected by automated cell sorting. For example, successfully transformed cells carrying an antibiotic resistance gene for G418 or hygromycin can be selected on antibiotic-containing media or agar plates. Marker proteins expressed on the cell surface can be used for selection by affinity chromatography.

細胞は、上記C項に記載のように培養され、ヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼを培地中に分泌することができるので、細胞の増殖もしくは生存、ならびに同時に、一般式(I)の少なくとも1つの基質からβアミノ酸前駆体を生体触媒により生産することが可能になる。ヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼが培地中に分泌されない場合、βアミノ酸前駆体の生体触媒による生産を引き起こすために、増殖および/またはヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼ発現の誘導後に、細胞を透過性にすることができる。あるいはまた、増殖および/またはヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼ発現の誘導後に、ヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼを部分精製または完全に精製するために、細胞を収集してもよく、その結果、βアミノ酸前駆体の生体触媒による生産のために、精製されたヒダントイナーゼもしくはジヒドロピリミジナーゼを使用することができる。   The cells are cultured as described in section C above and can secrete hydantoinase or dihydropyrimidinase into the medium, so that the growth or survival of the cells as well as at least one substrate of general formula (I) Therefore, it is possible to produce a β-amino acid precursor from a biocatalyst. If hydantoinase or dihydropyrimidinase is not secreted into the medium, make cells permeable after growth and / or induction of hydantoinase or dihydropyrimidinase expression to cause biocatalytic production of β-amino acid precursors Can do. Alternatively, cells may be harvested to partially or completely purify hydantoinase or dihydropyrimidinase after growth and / or induction of hydantoinase or dihydropyrimidinase expression, resulting in a β-amino acid precursor Purified hydantoinase or dihydropyrimidinase can be used for the biocatalytic production of.

E. 追加的プロセスステップ
βアミノ酸前駆体もしくはβアミノ酸を得るための方法の際に、1つもしくは複数の追加の酵素が、必要に応じて反応中に存在していてもよい。こうした酵素は一般式(I)のジヒドロウラシル基質のD-およびL-エナンチオマー間の変換を触媒する。適当な酵素の例は、ジヒドロウラシルデヒドロゲナーゼ(たとえば、哺乳動物起源)、ジヒドロウラシルオキシダーゼ(Rhodotorula glutinis)およびエノエートレダクターゼ(旧黄色酵素)などである。
E. Additional process steps During the process for obtaining β-amino acid precursors or β-amino acids, one or more additional enzymes may optionally be present in the reaction. Such enzymes catalyze the conversion between the D- and L-enantiomers of the dihydrouracil substrate of general formula (I). Examples of suitable enzymes include dihydrouracil dehydrogenase (eg, of mammalian origin), dihydrouracil oxidase (Rhodotorula glutinis) and enoate reductase (formerly yellow enzyme).

一般式(II)のβアミノ酸前駆体(βアミノ酸カルバモイル誘導体)は、本発明の方法によって作製されるが、これは、反応混合物中に残存したまま、対応するβアミノ酸およびN-カルバモイル部分に切断することができる。あるいはまた、βアミノ酸前駆体は、一般式(I)の基質、および少なくとも1つのヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼを含有する反応混合物から分離して切断しβアミノ酸を生成することができる。切断は、化学的または酵素的に行うことができる。化学的切断は、(たとえばFan and Lee, Biochemical Engineering Journal 8: 157-164, 2001に記載のように)酸性pH、たとえば1.0で、等モル量のNaNO3を一般式(II)のβアミノ酸前駆体に加えることによって達成することができる。酸性pHは、たとえば硫酸によって達成することができる。切断反応は低温で、たとえば氷上で行うことができる。一般式(II)のβアミノ酸前駆体の切断が化学的に達成される場合、一般式(I)の基質からβアミノ酸前駆体に至る酵素反応とは別に、この反応を行うことが好ましい。切断は、酵素的変換が完了した後、または平衡に達した後に、行うことができる(時間的分離)が、βアミノ酸前駆体を含有する反応媒体を除去した後、別の反応容器内で行うこともできる(空間的分離)。このバッチ法に代わる方法として、一般式(I)の基質分子を含有する反応媒体を、固定化酵素(ヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼ)と接触させることによって、連続生産を達成することができるが、酵素はしたがって反応容器内に保持されており、その一方で、基質を消費し尽くした反応媒体は、βアミノ酸前駆体の切断のために分離され、同時に新しい反応媒体で置き換えることができる。カルバモイラーゼ(たとえばE.C.3.5.1.77もしくはE.C.3.5.1.87)またはβウレイドプロピオナーゼ(E.C.3.5.1.6)などの酵素によって酵素的切断を行うことができる。前記酵素は、市販品供給業者から(たとえば、カルバモイラーゼはJulich Chiral Solutions, Julich, Germanyから)入手することができる。 A β-amino acid precursor of general formula (II) (β-amino acid carbamoyl derivative) is made by the method of the present invention, which is cleaved into the corresponding β-amino acid and N-carbamoyl moiety while remaining in the reaction mixture. can do. Alternatively, the beta amino acid precursor can be separated and cleaved from the reaction mixture containing the substrate of general formula (I) and at least one hydantoinase and / or dihydropyrimidinase to produce the beta amino acid. Cleavage can be done chemically or enzymatically. Chemical cleavage is carried out at an acidic pH, eg 1.0, with an equimolar amount of NaNO 3 (β as described in Fan and Lee, Biochemical Engineering Journal 8: 157-164, 2001). Can be achieved by adding to the body. Acidic pH can be achieved, for example, with sulfuric acid. The cleavage reaction can be performed at low temperature, for example on ice. When the cleavage of the β-amino acid precursor of the general formula (II) is chemically achieved, it is preferable to carry out this reaction separately from the enzymatic reaction from the substrate of the general formula (I) to the β-amino acid precursor. Cleavage can be performed after enzymatic conversion is complete or after equilibrium is reached (temporal separation), but is performed in a separate reaction vessel after removal of the reaction medium containing the beta amino acid precursor. (Spatial separation). As an alternative to this batch method, continuous production can be achieved by contacting a reaction medium containing a substrate molecule of general formula (I) with an immobilized enzyme (hydantoinase and / or dihydropyrimidinase). However, the enzyme is thus retained in the reaction vessel, while the reaction medium that has exhausted the substrate can be separated for cleavage of the β-amino acid precursor and at the same time replaced with new reaction medium. Enzymatic cleavage can be performed by enzymes such as carbamoylase (eg EC3.5.1.77 or EC3.5.1.87) or β-ureidopropionase (EC3.5.1.6). Such enzymes can be obtained from commercial suppliers (eg, carbamoylase from Julich Chiral Solutions, Julich, Germany).

F. pH値およびバッファー系
一般式(I)の基質を一般式(II)のβアミノ酸前駆体に変換するための本発明の方法は、好ましくは約7.0から約11.0までのpHで実施されるが、約7.5から10.0までのpHが好ましい。具体的には、pHは7.5から8.5までの範囲にあり、より詳細には約7.5から8.0までの範囲にある。特に好ましいpH値は約7.5、7.6、7.7、7.8、7.9および8.0である。
F. The pH value and buffer system The method of the invention for converting a substrate of general formula (I) to a β-amino acid precursor of general formula (II) is preferably carried out at a pH of about 7.0 to about 11.0 However, a pH of about 7.5 to 10.0 is preferred. Specifically, the pH is in the range of 7.5 to 8.5, and more particularly in the range of about 7.5 to 8.0. Particularly preferred pH values are about 7.5, 7.6, 7.7, 7.8, 7.9 and 8.0.

前記pH値またはpH範囲に適した任意のバッファー、たとえばリン酸バッファー、ホウ酸バッファー、およびTrisバッファーを使用することができる。7.5から9.0までのpH範囲では、Trisバッファーが好ましいが、6.0から8.0までのpH範囲ではリン酸バッファーが有用である。特に好ましいのは、Trisで緩衝化された反応溶液である。バッファーの濃度は、使用する基質の濃度に応じて決定されるが、好ましくは1 mMから200 mMまでの範囲であり、たとえば、1 mMから100 mMまで、1 mMから50 mMまでである。具体的には、バッファー濃度は、2 mMから25 mMまで、または3 mMから10 mMまで、たとえば5 mMとすることができる。   Any buffer suitable for said pH value or pH range can be used, such as phosphate buffer, borate buffer, and Tris buffer. Tris buffer is preferred in the pH range from 7.5 to 9.0, but phosphate buffer is useful in the pH range from 6.0 to 8.0. Particularly preferred is a reaction solution buffered with Tris. The concentration of the buffer is determined depending on the concentration of the substrate to be used, but is preferably in the range of 1 mM to 200 mM, for example, 1 mM to 100 mM, 1 mM to 50 mM. Specifically, the buffer concentration can be 2 mM to 25 mM, or 3 mM to 10 mM, for example 5 mM.

G. 反応の温度および継続時間
一般式(I)の基質の生体触媒による変換のためのプロセスは、使用するヒダントイナーゼおよび/またはジヒドロピリミジナーゼに耐えられる、任意の温度で行うことができる。通常、温度は、酵素を内包する、または酵素抽出の起源として使用される、生物または微生物の増殖至適温度と相関しているが、当業者は容易に確定することができる。概して、プロセスは30℃〜60℃、特に40℃〜50℃の温度で実施することができる。反応温度の例は、約30℃、約35℃、約37℃、約40℃、約45℃、約50℃、約55℃、および約60℃である。
G. Temperature and duration of the reaction The process for the biocatalytic conversion of the substrate of general formula (I) can be carried out at any temperature that can withstand the hydantoinase and / or dihydropyrimidinase used. Usually, the temperature correlates with the optimal temperature for growth of the organism or microorganism, which encapsulates the enzyme or is used as the source of enzyme extraction, but can be easily determined by those skilled in the art. In general, the process can be carried out at temperatures between 30 ° C. and 60 ° C., in particular between 40 ° C. and 50 ° C. Examples of reaction temperatures are about 30 ° C, about 35 ° C, about 37 ° C, about 40 ° C, about 45 ° C, about 50 ° C, about 55 ° C, and about 60 ° C.

プロセスは、一般式(I)の基質と一般式(II)のβアミノ酸前駆体との平衡が達成されるまで進行しうるが、もっと早く止めることもできる。通常のプロセスの時間は、1分から25時間までの範囲内であるが、特に10分から6時間までである。好ましい反応時間は、1時間から4時間までの範囲内であるが、特に1.5時間から3.5時間までである。   The process can proceed until equilibrium is achieved between the substrate of general formula (I) and the beta amino acid precursor of general formula (II), but can also be stopped earlier. Typical process times are in the range of 1 minute to 25 hours, but in particular 10 minutes to 6 hours. Preferred reaction times are in the range from 1 hour to 4 hours, but in particular from 1.5 hours to 3.5 hours.

H. 反応媒体中の追加成分
基本的に疎水性のR1および/またはR2を有する基質の溶解性を高めるために、1つもしくは複数の有機共溶媒が反応媒体中に含まれていてもよい。
H. Additional components in the reaction medium Even if one or more organic cosolvents are included in the reaction medium in order to increase the solubility of the substrate with essentially hydrophobic R 1 and / or R 2 Good.

あるいはまた、反応は、水相および非水相からなる二相系で行うこともできる。非水相に適した溶媒の例は、好ましくは5から8個の炭素原子を有する、脂肪族炭化水素、たとえばペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、もしくはシクロオクタン;好ましくは1または2個の炭素原子を有するハロゲン化脂肪族炭化水素、たとえばジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、ジクロロエタン;芳香族炭化水素、たとえばベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、もしくはジクロロベンゼン;好ましくは4から8個の炭素原子を有する、脂肪族非環式または環状エーテル、たとえばジエチルエーテル、メチル-tert-ブチルエーテル、エチル-tert-ブチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン;またはエステル、たとえば酢酸エチルもしくは酢酸n-ブチル;またはケトン、たとえばメチル-イソブチルケトンもしくはジオキサン、またはそれらの混合物である。   Alternatively, the reaction can be carried out in a two-phase system consisting of an aqueous phase and a non-aqueous phase. Examples of suitable solvents for the non-aqueous phase are preferably aliphatic hydrocarbons having 5 to 8 carbon atoms, such as pentane, cyclopentane, hexane, cyclohexane, heptane, octane, or cyclooctane; preferably 1 or Halogenated aliphatic hydrocarbons having 2 carbon atoms, such as dichloromethane, chloroform, tetrachloromethane, dichloroethane; aromatic hydrocarbons, such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, or dichlorobenzene; preferably 4 to 8 Aliphatic acyclic or cyclic ethers having carbon atoms such as diethyl ether, methyl tert-butyl ether, ethyl tert-butyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran; or esters such as ethyl acetate Acetate n- butyl; or ketones, for example methyl - iso-butyl ketone or dioxane, or mixtures thereof.

特定の実施形態において、反応媒体は、特に単相系として有機共溶媒を含有する、水性反応媒体である。適当な共溶媒の例は、ブタン-2-オール、メチル-tert-ブチルエーテル(MTBE) およびジメチルスルホキシド(DMSO)である。MTBEを用いる場合、水性媒体における飽和状態(約12容量%)より低い濃度が好ましく、たとえば約6%、約5%、約4%、約3%、約2%、約1%、または1%未満である。MTBEは、水性媒体中での飽和濃度(約6容量%)まで使用することができるが、一方DMSOは、基本的にプロセスの収率を妨害することなしに基質の溶解性を高めるために、約2容量%の濃度まで使用することができる。   In certain embodiments, the reaction medium is an aqueous reaction medium that contains an organic cosolvent, particularly as a single phase system. Examples of suitable cosolvents are butan-2-ol, methyl-tert-butyl ether (MTBE) and dimethyl sulfoxide (DMSO). When using MTBE, concentrations below saturation (about 12% by volume) in an aqueous medium are preferred, for example about 6%, about 5%, about 4%, about 3%, about 2%, about 1%, or 1% Is less than. MTBE can be used up to a saturating concentration in aqueous media (about 6% by volume), while DMSO basically increases the solubility of the substrate without interfering with the yield of the process. A concentration of up to about 2% by volume can be used.

I. N-カルバモイルβアミノ酸またはβアミノ酸の回収
反応媒体からアミノ酸およびN-カルバモイルアミノ酸を単離する方法は、当技術分野で知られており、たとえば、ゲル濾過、HPLC、逆相クロマトグラフィーおよびイオン交換クロマトグラフィーなどの技術が含まれる。イオン交換クロマトグラフィー、特に陰イオン交換クロマトグラフィーは、好ましい方法である。適当なイオン交換マトリックスには、強イオン交換体(たとえば、四級アンモニウムに基づくQ Sepharose)および弱陰イオン交換体(たとえば、ジエチルアミノエチルに基づくDEAE Sepharose)がある。好ましい方法の例は、DEAEカラムを用いた陰イオン交換クロマトグラフィー、または有機溶媒による抽出であるが、これは、生物学的変換系から基質を抽出するために酢酸エチルを、次に生成物を抽出するために2-ブタノールを使用する。
I. Methods for isolating amino acids and N-carbamoyl amino acids from N-carbamoyl β-amino acids or β-amino acid recovery reaction media are known in the art, such as gel filtration, HPLC, reverse phase chromatography and ions Techniques such as exchange chromatography are included. Ion exchange chromatography, particularly anion exchange chromatography, is the preferred method. Suitable ion exchange matrices include strong ion exchangers (eg Q Sepharose based on quaternary ammonium) and weak anion exchangers (eg DEAE Sepharose based on diethylaminoethyl). Examples of preferred methods are anion exchange chromatography using a DEAE column, or extraction with an organic solvent, which uses ethyl acetate to extract the substrate from the biological conversion system, then the product. Use 2-butanol for extraction.

ここで、本発明を例証する以下の実施例によって、本発明を詳細に示すこととするが、この実施例は、本発明を限定するものではない。   The present invention will now be illustrated in detail by the following examples that illustrate the invention, but are not intended to limit the invention.

(実施例)
化学的実験
厚さ0.2 mmのシリカゲル60F254 (Mackerey-Nagel)でコーティングしたプラスチック支持プレートを用いてTLCを行った。プレートをUV光(254 nm)または過マンガン酸塩浸漬によって可視化した。化学物質は、特に指示しない限りSigma-Aldrich、AcrosまたはFlukaから購入した。特に明記しない限り、試薬はすべて標準的な研究室グレードとし、溶媒は無水であり、供給時に使用される。1H-NMRおよび13C-NMRは、Bruker AC300 またはAC400スペクトロメータで記録した。次の略号を使用した:δ、化学シフト; bs、ブロード・シングレット(broad singlet);d、ダブレット(doublet);dd、ダブル・ダブレット(doublet of doublets);J、カップリング定数;m、マルチプレット(multiplet);q、カルテット(quartet);qui、クインテット(quintet);s、シングレット(singlet);sep、セプテット(septet)。化学シフト(δ)は、100万分の1の単位(ppm)で記録され、カップリング定数(J)はHz単位で記録される。残留プロトン性溶媒、DMSO-d6 (δ H 2.50, qui)は、1H NMRスペクトルの内部標準として使用し、13C NMRシフトは、ブロードなバンドをデカップリングしたDMSO-d6 (δ C 39.5, sep)を標準として用いた。
(Example)
Chemical experiments TLC was performed using plastic support plates coated with 0.2 mm thick silica gel 60F254 (Mackerey-Nagel). Plates were visualized by UV light (254 nm) or permanganate immersion. Chemicals were purchased from Sigma-Aldrich, Acros or Fluka unless otherwise indicated. Unless otherwise noted, all reagents are of standard laboratory grade, solvents are anhydrous and are used as supplied. 1H-NMR and 13C-NMR were recorded on a Bruker AC300 or AC400 spectrometer. The following abbreviations were used: δ, chemical shift; bs, broad singlet; d, doublet; dd, doublet of doublets; J, coupling constant; m, multiplet (Multiplet); q, quartet; qui, quintet; s, singlet; sep, septet. The chemical shift (δ) is recorded in parts per million (ppm) and the coupling constant (J) is recorded in Hz. The residual protic solvent, DMSO-d6 (δ H 2.50, qui) was used as an internal standard for the 1H NMR spectrum, and the 13C NMR shift was determined by using DMSO-d6 (δ C 39.5, sep) with a decoupled broad band. Used as standard.

生物学的変換実験
特に明記しない限り、すべての実験は、15 ml Falconチューブ内で、5 mL Trisバッファー(0.1M pH 7.5)中5 mM 6-PDHU(4.75 mg)のスケールで、1Uの市販のアズキ(Vigna angularis)由来ヒダントイナーゼ(35 mg、Sigma, St.Louis, USAより購入)を用いて行われ、サーモミキサー(Falcon)内で、750 rpm、温度50℃にて、インキュベートした。
Biotransformation experiments Unless otherwise stated, all experiments were performed in a 15 ml Falcon tube at a scale of 5 mM 6-PDHU (4.75 mg) in 5 mL Tris buffer (0.1 M pH 7.5) with 1 U of commercially available It was performed using hydantoinase derived from azuki bean (Vigna angularis) (35 mg, purchased from Sigma, St. Louis, USA) and incubated in a thermomixer (Falcon) at 750 rpm and a temperature of 50 ° C.

生物学的変換は、「1ユニット/反応」を用いて実施したが、ここで1ユニットは、ヒダントインから、1分あたり1μモルのN-カルバモイルグリシンの生成を触媒する量と定義される。   Biotransformation was performed using “1 unit / reaction”, where 1 unit is defined as the amount that catalyzes the production of 1 μmol N-carbamoylglycine per minute from hydantoin.

5-置換ヒダントインまたは6-フェニルジヒドロウラシルの加水分解に関するアッセイ
ヒダントイナーゼ活性を測定するために、ホウ酸バッファー(1.5 mL、0.1M、pH 9.0)に溶解した5-フェニルヒダントイン(1.32 mg)にD-ヒダントイナーゼ(10.5 mg)を添加した。生物学的変換は、Eppendorf “Themomixer comfort”, (40℃、1400 rpm)においてインキュベートした。定められた時点で、混合物の一定分量(100μL)を採り、TCA(12%w/v、175μL)の添加により酵素を変性させて可溶性タンパク質を沈殿させることによって、反応を終了させた。遠心分離後、上清を集め、HPLCで分析したが、そこで下記のパラメーターを使用した:
カラム:Agilent Zorbax XBD-C18 4.6 mm x 50 mm、3.5 μm。
条件:25℃、H2O:アセトニトリル、85:15 (+0.1% TFA) を1 ml/分。
Assay for hydrolysis of 5-substituted hydantoins or 6-phenyldihydrouracil To measure hydantoinase activity, D-in 5-phenylhydantoin (1.32 mg) dissolved in borate buffer (1.5 mL, 0.1 M, pH 9.0). Hydantoinase (10.5 mg) was added. Biotransformations were incubated in Eppendorf “Themomixer comfort”, (40 ° C., 1400 rpm). At defined time points, the reaction was terminated by taking an aliquot (100 μL) of the mixture and precipitating soluble proteins by denaturing the enzyme by addition of TCA (12% w / v, 175 μL). After centrifugation, the supernatant was collected and analyzed by HPLC, where the following parameters were used:
Column: Agilent Zorbax XBD-C18 4.6 mm x 50 mm, 3.5 μm.
Conditions: 25 ° C., H 2 O: acetonitrile, 85:15 (+ 0.1% TFA) at 1 ml / min.

保持時間は5-フェニルヒダントイン(3.6)、N-カルバモイルαフェニルグリシン(2.7)。このアッセイステップは、D-ヒダントイナーゼを、ヒダントイナーゼ活性を有するかもしれない酵素で置き換えることにより、そうした酵素のヒダントイナーゼ活性を測定するために使用することができる。 Retention time was 5-phenylhydantoin (3.6), N-carbamoyl α-phenylglycine (2.7). This assay step can be used to measure the hydantoinase activity of such enzymes by replacing D-hydantoinase with an enzyme that may have hydantoinase activity.

ジヒドロピリミジナーゼ活性を測定するために、D-ヒダントイナーゼ(10.5 mg)を、Trisバッファー(300 μL、0.1 M、pH 7.5)に溶解した6-フェニルジヒドロウラシル(1.14 mg)に添加した。生物学的変換は、Eppendorf “Themomixer comfort”, (40℃、1400 rpm)においてインキュベートした。定められた時点で、混合物の一定分量(100μL)を取り、酵素を変性させて(95℃、5分)、メタノール(300μL)の添加で可溶性タンパク質を沈殿させることによって、反応を終了させた。遠心分離後、上清を集め、HPLCで分析したが、そこで下記のパラメーターを使用した:
c-18 rpHPLC: 均一濃度移動相、25 ℃、H2O: ACN, 90:10 + 0.1 % TFA
保持時間:6-フェニルジヒドロウラシル (12.6)、N-カルバモイルβフェニルアラニン(NCBPA, 4, 9.6) TCA (4.3) DMSO (1.6)
Astec Chirobiotic T カラム、25 cm x 4.6 mm、5 μm:均一濃度移動相、5℃、20 mM 酢酸アンモニウム(pH 6.5):MeOH、70:30
保持時間:6PDHU (15.9, 27.5)、NCBPA (7.8, 6.8)。
To measure dihydropyrimidinase activity, D-hydantoinase (10.5 mg) was added to 6-phenyldihydrouracil (1.14 mg) dissolved in Tris buffer (300 μL, 0.1 M, pH 7.5). Biotransformations were incubated in Eppendorf “Themomixer comfort”, (40 ° C., 1400 rpm). At defined time points, the reaction was terminated by taking an aliquot (100 μL) of the mixture, denaturing the enzyme (95 ° C., 5 min) and precipitating soluble protein with the addition of methanol (300 μL). After centrifugation, the supernatant was collected and analyzed by HPLC, where the following parameters were used:
c-18 rpHPLC: uniform concentration mobile phase, 25 ° C, H 2 O: ACN, 90:10 + 0.1% TFA
Retention time: 6-phenyldihydrouracil (12.6), N-carbamoyl β-phenylalanine (NCBPA, 4, 9.6) TCA (4.3) DMSO (1.6)
Astec Chirobiotic T column, 25 cm x 4.6 mm, 5 μm: homogeneous concentration mobile phase, 5 ° C., 20 mM ammonium acetate (pH 6.5): MeOH, 70:30
Retention time: 6PDHU (15.9, 27.5), NCBPA (7.8, 6.8).

アズキ(Vigna angularis)からのヒダントイナーゼの単離
ヒダントイナーゼ活性を有するタンパク質を次のように、アズキ(Vigna angularis)から単離した。
Isolation of hydantoinase from azuki bean (Vigna angularis) A protein having hydantoinase activity was isolated from azuki bean (Vigna angularis) as follows.

2.1 豆の抽出
885 gのアズキ(健康食品店より購入)を、2分割量として通常のミキサーを用いてドライアイスとともに粉砕した。アズキ粉末を得るために、4Lの抽出バッファー(20 mM Tris、10 mM アスコルビン酸、10 mM リジン、pH 7.5)を加え、懸濁液を4℃にて一晩撹拌し、ガーゼで濾過して遠心分離した。タンパク質含量9.5 mg/mlの粗抽出液2500 mLが得られ、次のクロマトグラフィーステップ(Amersham PharmaciaまたはGE Healthare製クロマトグラフィーカラムを使用)を行うまで-20℃で保存した。
2.1 Bean extraction
885 g of azuki bean (purchased from a health food store) was pulverized with dry ice using an ordinary mixer in two divided amounts. To obtain azuki bean powder, add 4 L of extraction buffer (20 mM Tris, 10 mM ascorbic acid, 10 mM lysine, pH 7.5), stir the suspension at 4 ° C. overnight, filter through gauze and centrifuge separated. 2500 mL of crude extract with a protein content of 9.5 mg / ml was obtained and stored at −20 ° C. until the next chromatography step (using a chromatography column from Amersham Pharmacia or GE Healthare).

2.2 イオン交換クロマトグラフィー(Q-Sepharose Fast Flow)
Q-Sepharose FFクロマトグラフィーカラム(直径5 cm;長さ21 cm)を200 mM Tris/HCL(pH 7.5)で洗浄し、ランニングバッファーA(20 mM Tris/HCl、1 mM アスコルビン酸、1 mM L-リジン塩酸塩、pH 7.5)で平衡化して、粗抽出物(総タンパク質5 g)をロードした。バッファーAからバッファーB(20 mM Tris/HCl、750 mM NaCl、1 mMアスコルビン酸、1 mM L-リジン塩酸塩、pH 7.5)への直線濃度勾配を適用し、活性画分を集めた。
2.2 Ion exchange chromatography (Q-Sepharose Fast Flow)
A Q-Sepharose FF chromatography column (diameter 5 cm; length 21 cm) was washed with 200 mM Tris / HCL (pH 7.5), and running buffer A (20 mM Tris / HCl, 1 mM ascorbic acid, 1 mM L- The crude extract (5 g total protein) was loaded after equilibration with lysine hydrochloride, pH 7.5). A linear concentration gradient from buffer A to buffer B (20 mM Tris / HCl, 750 mM NaCl, 1 mM ascorbic acid, 1 mM L-lysine hydrochloride, pH 7.5) was applied to collect the active fraction.

Ehrlich試薬を用いて、画分の活性を次のように測定した:50 mLタンパク質サンプルを、50μL 5-ヒダントイン(100 mM、100 mMホウ酸バッファー、pH 9、中)とともに室温にて10-60分間(酵素含量によって決まる)インキュベートした。サンプル中に存在するタンパク質を、150μLの12%トリクロロ酢酸(TCA)添加により完全に沈殿させて、遠心分離により除去した。50μL 4-(ジメチルアミノ)-ベンズアルデヒド(10%、6 M HCl中)を200μL上清に添加し、光度計で450 nmにて測定した。   Ehrlich reagent was used to measure the activity of the fractions as follows: 50 mL protein sample was mixed with 50 μL 5-hydantoin (100 mM, 100 mM borate buffer, pH 9, medium) at room temperature for 10-60 Incubated for minutes (depending on enzyme content). Proteins present in the sample were completely precipitated by adding 150 μL of 12% trichloroacetic acid (TCA) and removed by centrifugation. 50 μL 4- (dimethylamino) -benzaldehyde (10% in 6 M HCl) was added to 200 μL supernatant and measured with a photometer at 450 nm.

2.3. 疎水性クロマトグラフィー(Phenyl Sepharose Fast Flow)
直径5 cm、長さ21 cmのPhenyl Sepharoseカラムを使用した。水を加えて、プールしたイオン交換クロマトグラフィーの活性画分(280 ml)を500 mlに希釈し、67 g (NH4)2SO4を添加して25%飽和として、その結果得られた混合物をカラムにかけた。ランニングバッファーA(20 mM Tris、(NH4)2SO4で25%飽和, 1 mM リジン、1 mM アスコルビン酸、pH 7.5;洗浄バッファーとしても使用)を15 mL/分の低流速で加えた。カラム体積の2倍量のランニングバッファーB(20 mM Tris、1 mM リジン、1 mM アスコルビン酸、pH 7.5)の添加によりカラム環境をランニングバッファーBへと直線的に変化させた後、カラム体積の2倍量のバッファーBを溶出のために添加した。その後洗浄のためにバッファーC(10 mM Tris/HCl、pH 7.5、10% 2-propanol)を使用した。Ehrlich試薬を用いたヒダントイナーゼアッセイによる測定で最大の吸収を示す活性画分をプールした。
2.3. Hydrophobic chromatography (Phenyl Sepharose Fast Flow)
A Phenyl Sepharose column with a diameter of 5 cm and a length of 21 cm was used. Add water and dilute the pooled ion exchange chromatography active fraction (280 ml) to 500 ml and add 67 g (NH 4 ) 2 SO 4 to 25% saturation, resulting mixture Was applied to the column. Running buffer A (25 mM saturated with 20 mM Tris, (NH 4 ) 2 SO 4 , 1 mM lysine, 1 mM ascorbic acid, pH 7.5; also used as washing buffer) was added at a low flow rate of 15 mL / min. The column environment was linearly changed to running buffer B by adding 2 times the column volume of running buffer B (20 mM Tris, 1 mM lysine, 1 mM ascorbic acid, pH 7.5). Double volume of buffer B was added for elution. Thereafter, buffer C (10 mM Tris / HCl, pH 7.5, 10% 2-propanol) was used for washing. The active fractions showing the maximum absorption as measured by the hydantoinase assay using Ehrlich reagent were pooled.

2.4 分子ふるいクロマトグラフィー(Superdex Prep Grade 200 ゲル濾過)
次の精製ステップのために、Superdex 200カラム(直径2.6 cm、長さ60 cm)を4 mL/分の流速で稼働させた。疎水性クロマトグラフィーから得られた、プールされた活性画分に、70.2 gの(NH4)2SO4を添加して80%飽和とし、得られた混合物を遠心分離(20分、12,000 rpm)してペレットを得た。得られたペレットを10 mLの均一濃度ランニングバッファー(20 mM Tris/HCl、pH 7.5)に溶解し、カラムに加えた。
2.4 Molecular sieve chromatography (Superdex Prep Grade 200 gel filtration)
For the next purification step, a Superdex 200 column (diameter 2.6 cm, length 60 cm) was run at a flow rate of 4 mL / min. To the pooled active fraction obtained from hydrophobic chromatography, 70.2 g (NH 4 ) 2 SO 4 was added to 80% saturation and the resulting mixture was centrifuged (20 min, 12,000 rpm) To obtain pellets. The obtained pellet was dissolved in 10 mL of a uniform concentration running buffer (20 mM Tris / HCl, pH 7.5) and added to the column.

2.5 Blue HiTrap 5 mLアフィニティクロマトグラフィー
Blue HiTrap 5 mLアフィニティクロマトグラフィーカラムを、バッファーA(20 mM Tris/HCl, pH 7.5)で平衡化した。分子ふるいクロマトグラフィーから、Ehrlich試薬を用いたヒダントイナーゼアッセイにより測定され(確認されたい)、プールされた活性画分をロードした後、カラムを、均一濃度で5カラム容のバッファーB(20 mM Tris/HCl、500 mM NaCl、pH 7.5)を用いて作動させ、次に2カラム容のバッファーC(20 mM Tris/HCl、pH 7.5、500 mM NaCl、1 mM NAD、1 mM NADP)で作動させた。このアフィニティクロマトグラフィーステップを用いて、カラムへの結合によりグルコースデヒドロゲナーゼ(グルコースおよびNAD/NADPに関して活性を示さない)を除去した。
2.5 Blue HiTrap 5 mL affinity chromatography
A Blue HiTrap 5 mL affinity chromatography column was equilibrated with buffer A (20 mM Tris / HCl, pH 7.5). After loading the pooled active fractions, as determined by molecular sieve chromatography using a hydantoinase assay with Ehrlich reagent (confirmed) and then loading the pooled active fractions, the column was equilibrated with 5 column volumes of buffer B (20 mM). Operate with Tris / HCl, 500 mM NaCl, pH 7.5, then with 2 column volumes of buffer C (20 mM Tris / HCl, pH 7.5, 500 mM NaCl, 1 mM NAD, 1 mM NADP) It was. This affinity chromatography step was used to remove glucose dehydrogenase (not showing activity with respect to glucose and NAD / NADP) by binding to the column.

2.6 陰イオン交換クロマトグラフィー(Mono Q HR 5/5)
前のアフィニティクロマトグラフィーから得られた素通り画分をMono Qカラム(直径0.5 cm)に、流速1 mL/分でロードした。ランニングバッファーA(20 mM Tris/HCl、pH 7.5)からランニングバッファーB(20 mM Tris/HCl、750 mM NaCl、pH 7.5)への直線濃度勾配を適用した。画分のプールは、それぞれの画分の活性およびタンパク質ゲル中のバンドの存在に基づいて行った。
2.6 Anion exchange chromatography (Mono Q HR 5/5)
The flow-through fraction obtained from the previous affinity chromatography was loaded onto a Mono Q column (diameter 0.5 cm) at a flow rate of 1 mL / min. A linear concentration gradient from running buffer A (20 mM Tris / HCl, pH 7.5) to running buffer B (20 mM Tris / HCl, 750 mM NaCl, pH 7.5) was applied. Fractions were pooled based on the activity of each fraction and the presence of bands in the protein gel.

2.7 Superose 6 Prep Grade 125 mLゲル濾過
先行の陰イオン交換クロマトグラフィーから得られた、プールされた活性画分を1 mLの容積まで濃縮し(分子量カットオフ10 kDのCentriprepデバイスを使用)、1 mL/分の流速でSuperoseカラムにロードした。ランニングバッファーとして20 mM Tris/HCl (pH 7.5)を使用した。
2.7 Superose 6 Prep Grade 125 mL gel filtration Concentrate pooled active fractions obtained from anion exchange chromatography prior to gel filtration to 1 mL volume (using a Centriprep device with a molecular weight cutoff of 10 kD) and 1 mL The Superose column was loaded at a flow rate of / min. 20 mM Tris / HCl (pH 7.5) was used as a running buffer.

上記のさまざまな精製ステップから分け取った一定量をゲルにロードして、SDSポリアクリルアミド電気泳動(SDS PAGE)に供した。その結果得られたゲルをCoomassie Blueで染色し、それを図1に示すが、レーンは左から右へ向かって下記に対応する:
1) 分子量標準(Precision Plus Protein Marker from BioRad、それぞれ10、15、20、25、37、50、75、100、150および250 kDに対応する)
2) 精製前の無細胞抽出液
3) Q-Sepharose FF陰イオン交換画分
4) Phenylsepharose FF HIC画分
5) Superdex Prep Grade 200ゲル濾過画分
6) Blue HiTrap 5 ml アフィニティクロマトグラフィー画分
7) Mono Q HR 5/5 陰イオン交換画分
8) Superose 6 prep grade 125 mlゲル濾過画分
9) 分子量標準(レーン1と同様)
10) 別個の標品(Mono Q HR 陰イオン交換画分に相当)。
Aliquots from the various purification steps described above were loaded onto a gel and subjected to SDS polyacrylamide electrophoresis (SDS PAGE). The resulting gel was stained with Coomassie Blue, which is shown in FIG. 1, where the lanes correspond to the following from left to right:
1) Molecular weight standards (Precision Plus Protein Marker from BioRad, corresponding to 10, 15, 20, 25, 37, 50, 75, 100, 150 and 250 kD, respectively)
2) Cell-free extract before purification
3) Q-Sepharose FF anion exchange fraction
4) Phenylsepharose FF HIC fraction
5) Superdex Prep Grade 200 gel filtration fraction
6) Blue HiTrap 5 ml affinity chromatography fraction
7) Mono Q HR 5/5 anion exchange fraction
8) Superose 6 prep grade 125 ml gel filtration fraction
9) Molecular weight standard (same as Lane 1)
10) Separate preparation (equivalent to Mono Q HR anion exchange fraction).

約55 kDの分子量を有する部分精製タンパク質が得られた(図1において上の矢印で示す)。約35 kDの第2のタンパク質(図1において下の矢印で示す)はグルコースデヒドロゲナーゼである。   A partially purified protein having a molecular weight of approximately 55 kD was obtained (indicated by the upper arrow in FIG. 1). A second protein of about 35 kD (indicated by the lower arrow in FIG. 1) is glucose dehydrogenase.

Superose 6 Prep Gradeゲル濾過から得られたプール画分をクロロホルム/メタノールで沈殿させて、その沈殿に500μLギ酸(70%)を加えた。臭化シアン切断を実施するために、1-2 BrCN結晶を添加した。ウシ血清アルブミン溶液(BSA、2 mg/mL)を切断の対照として使用した。これら2つの溶液を2-3時間室温にてインキュベートした後、ギ酸および臭化シアンを窒素気流により除去した。残渣を1%メルカプトエタノール含有トリシンゲルサンプルバッファー中に溶解し、95℃にて5分間インキュベートした。得られたサンプルをトリシンゲルにロードし(10-20%勾配)、PVDF膜にブロットした。ブロット上のペプチド断片を染色により識別し、N-末端配列決定法に供した。   Pool fractions obtained from Superose 6 Prep Grade gel filtration were precipitated with chloroform / methanol and 500 μL formic acid (70%) was added to the precipitate. In order to perform cyanogen bromide cleavage, 1-2 BrCN crystals were added. Bovine serum albumin solution (BSA, 2 mg / mL) was used as a cleavage control. After these two solutions were incubated for 2-3 hours at room temperature, formic acid and cyanogen bromide were removed by a stream of nitrogen. The residue was dissolved in tricine gel sample buffer containing 1% mercaptoethanol and incubated at 95 ° C. for 5 minutes. The resulting sample was loaded onto a tricine gel (10-20% gradient) and blotted onto a PVDF membrane. Peptide fragments on the blot were identified by staining and subjected to N-terminal sequencing.

次の可能性のあるペプチド配列が同定された:
IELGITGPEGQRLAGPTVL (配列番号1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (配列番号2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (配列番号3)
IELITGPEGQRLAGPVL (配列番号4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (配列番号5)
ITGPEGQRLAGP (配列番号7)
得られた部分配列は、Genbankアクセッション番号ACU20291(配列番号6)のダイズ(Glycine max)由来配列に対して高い相同性を有するが、このダイズ由来配列はD-ヒダントイナーゼに帰せられるので、単離されたタンパク質のヒダントイナーゼ性を裏付ける。配列番号6を下記に示し、相同性を有する領域に下線を付す。
The following possible peptide sequences were identified:
IELGITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 1)
IELGITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 2)
IELITGPEGQRLAGPTVL (SEQ ID NO: 3)
IELITGPEGQRLAGPVL (SEQ ID NO: 4)
EEIARARKSGQRVIGEPVAS (SEQ ID NO: 5)
ITGPEGQRLAGP (SEQ ID NO: 7)
The obtained partial sequence is highly homologous to the sequence derived from soybean (Glycine max) of Genbank accession number ACU20291 (SEQ ID NO: 6), but this soybean-derived sequence is attributed to D-hydantoinase. This confirms the hydantoinase properties of the produced protein. SEQ ID NO: 6 is shown below and the homologous region is underlined.

Figure 0005919192
Figure 0005919192

市販のヒダントイナーゼと単離されたヒダントイナーゼとの活性比較
Sigmaから購入したヒダントイナーゼ、および実施例2で単離されたヒダントイナーゼの活性を比較した。
Activity comparison between commercial hydantoinase and isolated hydantoinase
The activities of hydantoinase purchased from Sigma and hydantoinase isolated in Example 2 were compared.

Sigmaの酵素と精製ヒダントイナーゼ(BP)の比活性を測定して比較するために、50 mM Tris HCl pH 7.5中に溶解した5 mMヒダントイン、5-フェニルヒダントイン、または6-フェニルジヒドロウラシルのそれぞれを、さまざまな量の酵素とともに40℃にて30分間インキュベートした。   To measure and compare the specific activity of Sigma enzyme and purified hydantoinase (BP), each of 5 mM hydantoin, 5-phenylhydantoin, or 6-phenyldihydrouracil dissolved in 50 mM Tris HCl pH 7.5, Incubated with various amounts of enzyme at 40 ° C. for 30 minutes.

濃塩酸の添加により反応を終了させたのち、HPLCにより測定した。   The reaction was terminated by adding concentrated hydrochloric acid, and then measured by HPLC.

下記の表1は、Sigmaの酵素、および実施例2で単離された酵素の比活性を示す。2つの酵素はいずれも、5-フェニルヒダントインに対してもっとも高い活性を示し、ヒダントインがこれに次いだ。

Figure 0005919192
Table 1 below shows the specific activities of the Sigma enzyme and the enzyme isolated in Example 2. Both enzymes showed the highest activity against 5-phenylhydantoin, followed by hydantoin.
Figure 0005919192

ラセミ体6-置換ジヒドロウラシルの合成(全体構想)
必要とされる6-置換ジヒドロウラシル4a-i(図2)は、2つの選択可能な経路の1つによって調製した。方法A(Cabaleiro, M. C., Journal of Chemical Research 7:318-320, 2000)では、尿素を適当なケイ皮酸誘導体7とともに、190℃で2-4時間加熱した後、生成物を再結晶し、4a-iを45%の収率で得た。方法Bは、対応するラセミ体βアミノ酸をシアン酸カリウムとともに処理し、続いて加熱して環化を生じさせ、高い収率で4a-iを与えた。方法Bはラセミ化なしで進行することが知られており、エナンチオマーとして純粋な(S)-6aを出発物質として使用することによりエナンチオマーとして純粋な(S)-4aおよび(S)-5aを調製するためにも用いられた。
Synthesis of racemic 6-substituted dihydrouracil (overall concept)
The required 6-substituted dihydrouracil 4a-i (Figure 2) was prepared by one of two alternative routes. In Method A (Cabaleiro, MC, Journal of Chemical Research 7: 318-320, 2000), urea is heated at 190 ° C. for 2-4 hours with the appropriate cinnamic acid derivative 7 and then the product is recrystallized, 4a-i was obtained in 45% yield. Method B treated the corresponding racemic β-amino acid with potassium cyanate followed by heating to cause cyclization to give 4a-i in high yield. Method B is known to proceed without racemization and prepares enantiomerically pure (S) -4a and (S) -5a by using enantiomerically pure (S) -6a as starting material. It was also used to

ラセミ体6-置換ジヒドロウラシルまたは前駆体分子の合成(個別の合成)
a) 下記の式の(±)-6-フェニルジヒドロウラシルの合成

Figure 0005919192
Synthesis of racemic 6-substituted dihydrouracil or precursor molecules (individual synthesis)
a) Synthesis of (±) -6-phenyldihydrouracil of the formula
Figure 0005919192

trans-ケイ皮酸(10.00 g、67.5 mmol)および尿素(20.25 g、337.5 mmol)の混合物を30分以上210℃に加熱した。この結果、均一な黄色液体が形成された。反応の進行する1時間ごとに尿素(2.03 g、33.8 mmol)を添加した。4時間撹拌後、沸騰水(80 mL)を加え、反応混合物はさらに1時間95℃で撹拌しておいた。熱濾過により反応混合物から残存する固体を除去した後、生成した白色沈殿を濾過によって分離し、白色固体が与えられた(6.0 g、収率46%)。Rf 0.3 (EtOAc); δH (400 MHz, DMSO-d6) 2.61 (1H, dd, J = 6.8, 16.1, CH2), 2.83 (1H, dd, J = 5.8, 16.1, CH2), 4.64-4.70 (1H, m, CHPh), 7.27-7.41 (5H, m, Ph), 8.01(1H, bs, CHNHCO), 10.18 (1H, br. s, CONHCO); δC (100 MHz, DEPT, DMSO-d6) 38.6 (CH2), 50.4 (CHPh), 126.4 (Ph), 128.0 (Ph), 129.0 (Ph), 141.5 (CPh), 154.2 (NHCONH), 170.2 (NHCOCH2); Rt 9.6および14.8分 (Chirobiotic T、酢酸アンモニウムバッファーpH 5.5:メタノール 7:3、1 mL/分)。 A mixture of trans-cinnamic acid (10.00 g, 67.5 mmol) and urea (20.25 g, 337.5 mmol) was heated to 210 ° C. over 30 minutes. As a result, a uniform yellow liquid was formed. Urea (2.03 g, 33.8 mmol) was added every hour as the reaction progressed. After stirring for 4 hours, boiling water (80 mL) was added and the reaction mixture was allowed to stir at 95 ° C. for an additional hour. After removing the remaining solid from the reaction mixture by hot filtration, the white precipitate that formed was separated by filtration to give a white solid (6.0 g, 46% yield). R f 0.3 (EtOAc); δ H (400 MHz, DMSO-d 6 ) 2.61 (1H, dd, J = 6.8, 16.1, CH 2 ), 2.83 (1H, dd, J = 5.8, 16.1, CH 2 ), 4.64-4.70 (1H, m, CHPh), 7.27-7.41 (5H, m, Ph), 8.01 (1H, bs, CHNHCO), 10.18 (1H, br.s, CONHCO); δ C (100 MHz, DEPT, DMSO-d 6 ) 38.6 (CH 2 ), 50.4 (CHPh), 126.4 (Ph), 128.0 (Ph), 129.0 (Ph), 141.5 (CPh), 154.2 (NHCONH), 170.2 (NHCOCH2); R t 9.6 and 14.8 min (Chirobiotic T, ammonium acetate buffer pH 5.5: methanol 7: 3, 1 mL / min).

b) 下記の式のtrans-ケイ皮酸メチルの合成

Figure 0005919192
b) Synthesis of trans-methyl cinnamate of the formula
Figure 0005919192

trans-ケイ皮酸(500 mg、3.4 mmol)のメタノール溶液(5 mL)に濃硫酸(100μL)を加えた。マイクロ波(300 W、200℃)で10分照射後、溶媒を減圧除去した。白色固体沈殿を酢酸エチル(10 mL)に溶解し、有機層を炭酸水素ナトリウム(5 mL)およびブライン(5 mL)で2回洗浄してから、溶媒を減圧除去して、白色結晶固体(468 mg、86%)が与えられた。δH (400 MHz, DMSO-d6) 3.73 (3H, s, CH3), 6.65 (1H, d, J = 16.1, CHCHPh), 7.40-7.46 (3H, m, Ph), 7.67 (2H, d, J = 16.1, CHCHPh), 7.70-7.76 (2H, m, Ph)。 Concentrated sulfuric acid (100 μL) was added to a methanol solution (5 mL) of trans-cinnamic acid (500 mg, 3.4 mmol). After irradiation with microwaves (300 W, 200 ° C.) for 10 minutes, the solvent was removed under reduced pressure. The white solid precipitate was dissolved in ethyl acetate (10 mL) and the organic layer was washed twice with sodium bicarbonate (5 mL) and brine (5 mL), then the solvent was removed in vacuo to give a white crystalline solid (468 mg, 86%). δ H (400 MHz, DMSO-d 6 ) 3.73 (3H, s, CH 3 ), 6.65 (1H, d, J = 16.1, CHCHPh), 7.40-7.46 (3H, m, Ph), 7.67 (2H, d , J = 16.1, CHCHPh), 7.70-7.76 (2H, m, Ph).

c) 下記の式のフッ化ヒドロキシシンナモイルの合成

Figure 0005919192
c) Synthesis of fluorinated hydroxycinnamoyl of the formula
Figure 0005919192

窒素気流下で撹拌した室温の、trans-ケイ皮酸(500 mg、3.4 mmol)の無水DCM(5 mL)溶液に、三フッ化ジメチルアミノ硫黄(0.31 ml、2.4 mmol)を添加した。2時間撹拌した後、氷冷した水(5 mL)を加えた。有機層を分離し、水層をDCM(5 mL)で抽出した。DCM層を合わせて、氷冷した水(5 mL)で洗浄し、乾燥し(MgSO4)、溶媒を減圧除去して褐色油状物(451 mg、88%)が与えられたが、これを、それ以上精製することなくその後の反応に使用した。δH (400 MHz, DMSO-d6): 6.78 (1H, dd, J = 8.0, 16.1 CHC(O)F), 7.45-7.55 (3H, m Ph), 7.81-7.86 (1H, m, Ph), 7.97 (1H, d, J = 16.0, CHPh). δC (100 MHz, DEPT, DMSO-d6) 112.6 (CHCHPc), 129.4 (Ph), 129.6 (Ph), 132.3 (Ph), 133.5 (Ph), 152.2 (CHPh), 159.1 (C(O)F)。 Dimethylaminosulfur trifluoride (0.31 ml, 2.4 mmol) was added to a solution of trans-cinnamic acid (500 mg, 3.4 mmol) in anhydrous DCM (5 mL) at room temperature under stirring in a nitrogen stream. After stirring for 2 hours, ice-cooled water (5 mL) was added. The organic layer was separated and the aqueous layer was extracted with DCM (5 mL). The DCM layers were combined, washed with ice-cold water (5 mL), dried (MgSO 4 ) and the solvent removed in vacuo to give a brown oil (451 mg, 88%) that was Used in subsequent reactions without further purification. δ H (400 MHz, DMSO-d 6 ): 6.78 (1H, dd, J = 8.0, 16.1 CHC (O) F), 7.45-7.55 (3H, m Ph), 7.81-7.86 (1H, m, Ph) , 7.97 (1H, d, J = 16.0, CHPh) .δC (100 MHz, DEPT, DMSO-d 6 ) 112.6 (CHCHPc), 129.4 (Ph), 129.6 (Ph), 132.3 (Ph), 133.5 (Ph) , 152.2 (CHPh), 159.1 (C (O) F).

d) 下記の式の(±)-3-フルオロ-6-フェニルジヒドロウラシルの合成

Figure 0005919192
d) Synthesis of (±) -3-fluoro-6-phenyldihydrouracil of the formula
Figure 0005919192

p-フルオロ-trans-ケイ皮酸(1.00 g、6.67 mmol)および尿素(2.00 g、33.5 mmol)の混合物を30分以上210℃に加熱した。この結果、均一な黄色液体が生成した。反応の進行する1時間ごとに、追加の尿素(0.40 g、6.67 mmol)を添加した。4時間撹拌後、沸騰水(20 mL)を加え、反応混合物はさらに1時間95℃にて撹拌しておいた。熱濾過によって反応混合物から残存する固体を除去した後、生成した白色沈殿を濾過により分離し、黄色固体(0.75 g、収率60%)が与えられた。δH (400 MHz, DMSO-d6) 2.61 (1H, dd, J = 6.8, 16.4, CH2), 2.84 (1H, dd, J = 5.8, 16.4, CH2), 4.64-4.70 (1H, m, CHPh), 7.27-7.42 (4H, m, Ph), 8.02(1H, bs, CHNHCO), 10.19 (1H, br. s, CONHCO); δC (100 MHz, DEPT, DMSO-d6) 38.2 (CH2), 50.0 (CHPh), 126.0 (Ph), 127.6 (Ph), 128.5 (Ph), 141.1 (Ph), 153.8 (NHCONH), 169.7 (NHCOCH2); Rt 10.5および15.1分 (Chirobiotic T、酢酸アンモニウムバッファー、pH 5.5:メタノール 7:3、1.0 mL/分)。 A mixture of p-fluoro-trans-cinnamic acid (1.00 g, 6.67 mmol) and urea (2.00 g, 33.5 mmol) was heated to 210 ° C. over 30 minutes. As a result, a uniform yellow liquid was produced. Additional urea (0.40 g, 6.67 mmol) was added every hour as the reaction proceeded. After stirring for 4 hours, boiling water (20 mL) was added and the reaction mixture was allowed to stir at 95 ° C. for an additional hour. After removing the remaining solid from the reaction mixture by hot filtration, the white precipitate that formed was separated by filtration to give a yellow solid (0.75 g, 60% yield). δ H (400 MHz, DMSO-d 6 ) 2.61 (1H, dd, J = 6.8, 16.4, CH 2 ), 2.84 (1H, dd, J = 5.8, 16.4, CH 2 ), 4.64-4.70 (1H, m , CHPh), 7.27-7.42 (4H, m, Ph), 8.02 (1H, bs, CHNHCO), 10.19 (1H, br.s, CONHCO); δ C (100 MHz, DEPT, DMSO-d 6 ) 38.2 ( CH 2 ), 50.0 (CHPh), 126.0 (Ph), 127.6 (Ph), 128.5 (Ph), 141.1 (Ph), 153.8 (NHCONH), 169.7 (NHCOCH 2 ); R t 10.5 and 15.1 min (Chirobiotic T, (Ammonium acetate buffer, pH 5.5: methanol 7: 3, 1.0 mL / min).

e) 下記の式の(±)-3-ブロモ-6-フェニルジヒドロウラシルの合成

Figure 0005919192
e) Synthesis of (±) -3-bromo-6-phenyldihydrouracil of the formula
Figure 0005919192

m-ブロモ-trans-ケイ皮酸(0.80 g、3.5 mmol)および尿素(1.26 g、21 mmol)の混合物を210℃に加熱した。この結果、均一な黄色液体が生成した。反応が進行している1時間ごとに、追加の尿素(0.25 g、4.2 mmol)を添加した。4時間撹拌した後、沸騰水(20 mL)を加え、反応混合物はさらに1時間95℃にて撹拌しておいた。熱濾過により反応混合物から残存する固体を除去した後、生成した白色沈殿を濾過により分離し、黄色固体(0.30 g、収率32%)が与えられた。δH (400 MHz, DMSO-d6) 2.66 (1H, dd, J = 6.8, 17.4, CH2), 2.84 (1H, dd, J = 5.6, 16.3, CH2), 4.64-4.74 (1H, m, CHPh), 7.29-7.59 (4H, m, Ph), 8.04 (1H, br. s, CHNHCO), 10.23 (1H, br. s, CONHCO); δC (100 MHz, DEPT, DMSO-d6) 37.8 (CH2), 49.5 (CHPh), 121.1 (Ph), 125.2 (Ph), 129.0 (Ph), 130.5 (Ph), 130.8 (Ph), 143.9 (Ph), 153.7 (NHCONH), 169.6 (NHCOCH2); Rt 16.3および25.1分(Chirobiotic T、酢酸アンモニウムバッファー、pH 5.5:メタノール 7:3、1.0 mL/分)。 A mixture of m-bromo-trans-cinnamic acid (0.80 g, 3.5 mmol) and urea (1.26 g, 21 mmol) was heated to 210 ° C. As a result, a uniform yellow liquid was produced. Additional urea (0.25 g, 4.2 mmol) was added every hour as the reaction proceeded. After stirring for 4 hours, boiling water (20 mL) was added and the reaction mixture was allowed to stir at 95 ° C. for an additional hour. After removing the remaining solid from the reaction mixture by hot filtration, the white precipitate that formed was separated by filtration to give a yellow solid (0.30 g, 32% yield). δ H (400 MHz, DMSO-d 6 ) 2.66 (1H, dd, J = 6.8, 17.4, CH 2 ), 2.84 (1H, dd, J = 5.6, 16.3, CH 2 ), 4.64-4.74 (1H, m , CHPh), 7.29-7.59 (4H, m, Ph), 8.04 (1H, br.s, CHNHCO), 10.23 (1H, br.s, CONHCO); δ C (100 MHz, DEPT, DMSO-d 6 ) 37.8 (CH2), 49.5 (CHPh), 121.1 (Ph), 125.2 (Ph), 129.0 (Ph), 130.5 (Ph), 130.8 (Ph), 143.9 (Ph), 153.7 (NHCONH), 169.6 (NHCOCH2); R t 16.3 and 25.1 min (Chirobiotic T, ammonium acetate buffer, pH 5.5: methanol 7: 3, 1.0 mL / min).

f) (±)-N-カルバモイル-β-フェニルアラニンの合成

Figure 0005919192
f) Synthesis of (±) -N-carbamoyl-β-phenylalanine
Figure 0005919192

(±)-β-フェニルアラニン(0.80 g、4.85 mmol)を熱水(20 mL)中に入れて撹拌した溶液に、シアン酸カリウム(0.60 g、7.40 mmol)水溶液(2 mL)を添加した。90℃にて1時間撹拌した後、反応混合物を室温に冷却しておいてから、濃塩酸を用いて酸性とした(pH > 1)。静置するとすぐに白色沈殿が生成し、それを濾過によって分離して、沸騰水から再結晶し、白色結晶固体(0.71 g、71 %)が与えられた。δH (400 MHz, DMSO-d6) 2.63 (2H, CH2CO2H), 5.00 (1H, dd, J = 7.2, 8.7, CHNH), 5.56 (2H, s, NH2), 6.57 (1H, d, 8.7, CHNH), 7.18-7.34 (5H, m, Ph); δC (100 MHz, DEPT, DMSO-d6) 41.4 (CH2), 50.0 (CHPh), 126.3 (Ph), 126.7 (Ph), 128.1 (Ph), 143.4 (Ph), 157.8 (NHCONH), 172.0 (NHCOCH2); Rt 3.1 および3.4分 (Chirobiotic T、酢酸アンモニウムバッファー、pH 5.5:メタノール 7:3、1.0 mL/分)。 To a stirred solution of (±) -β-phenylalanine (0.80 g, 4.85 mmol) in hot water (20 mL) was added an aqueous solution (2 mL) of potassium cyanate (0.60 g, 7.40 mmol). After stirring at 90 ° C. for 1 hour, the reaction mixture was allowed to cool to room temperature and then acidified with concentrated hydrochloric acid (pH> 1). On standing, a white precipitate formed which was separated by filtration and recrystallized from boiling water to give a white crystalline solid (0.71 g, 71%). δ H (400 MHz, DMSO-d 6 ) 2.63 (2H, CH 2 CO 2 H), 5.00 (1H, dd, J = 7.2, 8.7, CHNH), 5.56 (2H, s, NH 2 ), 6.57 (1H , d, 8.7, CHNH), 7.18-7.34 (5H, m, Ph); δC (100 MHz, DEPT, DMSO-d 6 ) 41.4 (CH 2 ), 50.0 (CHPh), 126.3 (Ph), 126.7 (Ph ), 128.1 (Ph), 143.4 (Ph), 157.8 (NHCONH), 172.0 (NHCOCH2); Rt 3.1 and 3.4 min (Chirobiotic T, ammonium acetate buffer, pH 5.5: methanol 7: 3, 1.0 mL / min).

g) 下記の式の(R)-N-カルバモイル-β-フェニルアラニンの合成

Figure 0005919192
g) Synthesis of (R) -N-carbamoyl-β-phenylalanine of the formula
Figure 0005919192

(R)-β-フェニルアラニン(0.4 g、2.43 mmol)を熱水(10 mL)中に入れて撹拌した溶液に、シアン酸カリウム(0.3 g、3.70 mmol)水溶液(1 mL)を添加した。90℃にて1時間撹拌した後、反応混合物を室温に冷却しておいてから、濃塩酸を用いて酸性とした(pH > 1)。静置するとすぐに白色沈殿が生成し、それを濾過によって分離して、沸騰水から再結晶し、白色結晶固体(0.30 g、60%)が与えられた。δHおよびδC 解析は (±)-46と同一; Rt 3.4分 (Chirobiotic T、酢酸アンモニウムバッファー、pH 5.5:メタノール 7:3、1.0 mL/分)。 To a stirred solution of (R) -β-phenylalanine (0.4 g, 2.43 mmol) in hot water (10 mL) was added an aqueous solution (1 mL) of potassium cyanate (0.3 g, 3.70 mmol). After stirring at 90 ° C. for 1 hour, the reaction mixture was allowed to cool to room temperature and then acidified with concentrated hydrochloric acid (pH> 1). On standing, a white precipitate formed which was separated by filtration and recrystallized from boiling water to give a white crystalline solid (0.30 g, 60%). δ H and δ C analyzes are identical to (±) -46; R t 3.4 min (Chirobiotic T, ammonium acetate buffer, pH 5.5: methanol 7: 3, 1.0 mL / min).

h) (±)-N-カルバモイル-β-フェニルアラニンからの(下記の式の)(±)-6-フェニルジヒドロウラシルの合成

Figure 0005919192
h) Synthesis of (±) -6-phenyldihydrouracil (of the formula below) from (±) -N-carbamoyl-β-phenylalanine
Figure 0005919192

(±)-N-カルバモイル-β-フェニルアラニン(100 mg、0.48 mmol)を濃塩酸(5 mL)に溶解した溶液を135℃で4時間撹拌した。その時間の後、反応混合物の容積は75%減少していたが、その反応混合物を室温に冷却した。静置すると白色沈殿が生成し、それを濾過により分離して、白色結晶固体(50 mg、55%)が与えられた:分析は(±)-45と同一。   A solution of (±) -N-carbamoyl-β-phenylalanine (100 mg, 0.48 mmol) in concentrated hydrochloric acid (5 mL) was stirred at 135 ° C. for 4 hours. After that time, the volume of the reaction mixture had decreased by 75%, but the reaction mixture was cooled to room temperature. Upon standing a white precipitate formed which was separated by filtration to give a white crystalline solid (50 mg, 55%): analysis identical to (±) -45.

i) 下記の式の(S)-6-フェニルジヒドロウラシルの合成

Figure 0005919192
i) Synthesis of (S) -6-phenyldihydrouracil of the formula
Figure 0005919192

(S)-β-フェニルアラニン(100 mg、0.60 mmol)を熱水(2 mL)中に入れて撹拌した溶液に、シアン酸カリウム(75 mg、0.93 mmol)水溶液(0.5 mL)を添加した。90℃にて1時間撹拌した後、濃塩酸(2 mL)を添加し、反応液は135℃にて2時間撹拌した。その時間の後、混合物の容積は75%減少していたが、その反応混合物を室温に冷却した。静置すると白色沈殿が生成し、それを濾過により分離して、白色結晶固体(55 mg,48 %)が与えられた;δH およびδC の解析は(±)-45と同一;Rt 9.6 分 (Chirobiotic T、酢酸アンモニウムバッファー pH 5.5:メタノール 7:3、1 mL/分)。 To a stirred solution of (S) -β-phenylalanine (100 mg, 0.60 mmol) in hot water (2 mL) was added an aqueous solution (0.5 mL) of potassium cyanate (75 mg, 0.93 mmol). After stirring at 90 ° C. for 1 hour, concentrated hydrochloric acid (2 mL) was added, and the reaction solution was stirred at 135 ° C. for 2 hours. After that time, the volume of the mixture had decreased by 75%, but the reaction mixture was cooled to room temperature. Upon standing, a white precipitate formed, which was separated by filtration to give a white crystalline solid (55 mg, 48%); analysis of δ H and δ C is identical to (±) -45; R t 9.6 min (Chirobiotic T, ammonium acetate buffer pH 5.5: methanol 7: 3, 1 mL / min).

析出物およびヒダントイナーゼ反応生成物の分離
6-PDHUおよびNCBPAの、Q SepharoseおよびDEAE Sepharoseへの結合はマイクロキャップ(Eppendorf)内でテストした。1 mL Q SepharoseまたはDEAE Sepharose(市販のエタノール懸濁液)を水(3 x 1 mL)で洗浄した後、2.5 mM NCBPAおよび2.5 mM 6-PDHUを含有する溶液(1 mL)を添加し、マイクロキャップをボルテックスしてから上清の一定分量を取り出した。上清中のNCBPAおよび6PDHUのパーセンテージをrpHPLCで測定し、それを表2に示す。

Figure 0005919192
Separation of precipitates and hydantoinase reaction products
The binding of 6-PDHU and NCBPA to Q Sepharose and DEAE Sepharose was tested in a microcap (Eppendorf). After washing 1 mL Q Sepharose or DEAE Sepharose (commercial ethanol suspension) with water (3 x 1 mL), add a solution (1 mL) containing 2.5 mM NCBPA and 2.5 mM 6-PDHU, An aliquot of the supernatant was removed after vortexing the cap. The percentage of NCBPA and 6PDHU in the supernatant was determined by rpHPLC and is shown in Table 2.
Figure 0005919192

2つの樹脂への結合は迅速であり、Q SepharoseのN-カルバモイル-β-フェニルアラニンとの結合はDEAEより少なく6-フェニルジヒドロウラシルとの結合はDEAEより多いので、DEAEのほうが分離のためにより好ましい陰イオン交換樹脂となる。   The binding to the two resins is rapid, with Q Sepharose binding to N-carbamoyl-β-phenylalanine less than DEAE and more binding to 6-phenyldihydrouracil than DEAE, so DEAE is more preferred for separation. It becomes an anion exchange resin.

キラル逆相HPLC
キラルrpHPLCのために、下記のカラム、バッファーおよびランニング条件を使用した:
Astec ChirobioticTM T 25 cm x 4.6 mm、5μm (Sigma-Aldrich, St. Louis, USA)
酢酸アンモニウムバッファー(pH 5.5):メタノール、70:30、25℃、0.5 mL/分。
Chiral reversed phase HPLC
The following columns, buffers and running conditions were used for chiral rpHPLC:
Astec Chirobiotic TM T 25 cm x 4.6 mm, 5μm (Sigma-Aldrich, St. Louis, USA)
Ammonium acetate buffer (pH 5.5): methanol, 70:30, 25 ° C., 0.5 mL / min.

酵素、基質および生成物のDEAEクロマトグラフィーによる分離
カラムは、逆さにしたシリンジから調製したが、グラスウールで塞いで、10カラム容のdH2Oで洗浄済みのDEAE(4 mL)を充填した。200 mM酢酸アンモニウムバッファー(pH 4)で平衡化後、H2O中NCBPA(2.5 mM)、6PDHU(2.5 mM)および酵素(7 mg/mL)の合成混合物をカラムにかけ、素通り画分をrpHPLC(6PDHU/NCBPA検出)およびBradfordアッセイ(酵素検出)で分析した。6PDHUをカラムからすべて洗い流した後、200 mM酢酸アンモニウムバッファー(pH 8.17)を用いてNCBPAをカラムから溶出した。結果を図3に示す(四角は6-PDHUを表す;菱形はNCBPAを表し、三角は酵素を表す;6-PDHUおよびNCBPAはmM単位、酵素はmg/Lの単位で示す)。pH 4で、NCBPAと6PDHUとの明確な分離がみられ、NCBPAの収率90%が可能となった。
Enzyme, substrate and product separation columns by DEAE chromatography were prepared from inverted syringes, filled with glass wool and packed with 10 column volumes of DEAE (4 mL) washed with dH 2 O. After equilibration with 200 mM ammonium acetate buffer (pH 4), a synthetic mixture of NCBPA (2.5 mM), 6PDHU (2.5 mM) and enzyme (7 mg / mL) in H 2 O was applied to the column, and the flow-through fraction was rpHPLC ( 6PDHU / NCBPA detection) and Bradford assay (enzyme detection). After all 6PDHU was washed from the column, NCBPA was eluted from the column using 200 mM ammonium acetate buffer (pH 8.17). The results are shown in FIG. 3 (squares represent 6-PDHU; diamonds represent NCBPA, triangles represent enzymes; 6-PDHU and NCBPA are in units of mM and enzymes are in units of mg / L). At pH 4, a clear separation of NCBPA and 6PDHU was observed, enabling a 90% yield of NCBPA.

ヒダントイナーゼにより触媒されるラセミ体6-置換ジヒドロウラシルの加水分解
はじめに、ヒダントイナーゼ(Sigma, St. Louis, USAより購入)により触媒される(±)-6-PDHU(ラセミ体6-フェニルジヒドロウラシル)の加水分解(図2の4a:R = Ph)をモデル系として検討した。反応はTrisバッファー[pH 7.5]中5 mMの基質濃度で行い、実施例7に記載の逆相キラルHPLCでモニターしたが、これにより、反応における変換の程度、ならびに未反応ジヒドロウラシル4aおよびN-カルバモイル誘導体5の鏡像体過剰率の両者の同時測定が可能となった(図4、スキーム2も参照されたい)。
Hydrolysis of racemic 6-substituted dihydrouracil catalyzed by hydantoinase Introduction of (±) -6-PDHU (racemic 6-phenyldihydrouracil) catalyzed by hydantoinase (purchased from Sigma, St. Louis, USA) Hydrolysis (4a in Figure 2: R = Ph) was studied as a model system. The reaction was carried out at a substrate concentration of 5 mM in Tris buffer [pH 7.5] and was monitored by reverse phase chiral HPLC as described in Example 7, which determined the degree of conversion in the reaction and the unreacted dihydrouracil 4a and N- Both of the enantiomeric excess of carbamoyl derivative 5 could be measured simultaneously (see also FIG. 4, scheme 2).

以下の観察結果に注目した:
(i) ヒダントイナーゼ酵素は、6-PDHU (4a)の(S)-エナンチオマーに対して高度に選択的であって、E値>100であることが判明した。生成物(S)-N-カルバモイル-β-フェニルアラニン[(S)-NCBPA]および未反応基質(R)-6-DPHUの絶対配置は標準品と比較して決定した;
(ii) 高い(S)エナンチオ選択性が観察されたにもかかわらず、反応時間を延長した後でも、変換は50%まで進行しなかった。すべての反応は、6-PDHU:(S)-NCBPA = 51:49の平衡濃度を与えた。(S)-NCBPAの鏡像体過剰率は全観察期間の間、96%を越えた。図5は小さい反応器内で25 mL反応から得られた結果を示すが、ここで菱形はNCBPAの濃度[mM]、四角は6-DPHUの濃度[mM]を表し、×印は鏡像体過剰率[%]を表す。
We focused on the following observations:
(i) The hydantoinase enzyme was found to be highly selective for the (S) -enantiomer of 6-PDHU (4a) with an E value> 100. The absolute configuration of the product (S) -N-carbamoyl-β-phenylalanine [(S) -NCBPA] and unreacted substrate (R) -6-DPHU was determined relative to a standard;
(ii) Despite the high (S) enantioselectivity observed, the conversion did not proceed to 50% even after extending the reaction time. All reactions gave an equilibrium concentration of 6-PDHU: (S) -NCBPA = 51: 49. The enantiomeric excess of (S) -NCBPA exceeded 96% during the entire observation period. FIG. 5 shows the results obtained from a 25 mL reaction in a small reactor, where the diamonds represent NCBPA concentration [mM], the squares represent 6-DPHU concentration [mM], and the x symbol represents enantiomeric excess. Expresses the rate [%].

(iii) 逆反応、すなわちN-カルバモイル-β-フェニルアラニンの環化は、加水分解に対してかなりの比率を有することが判明し、これも高度に(S)-選択性であって(R)-エナンチオマーの環化はあまり見られなかった。図6は、酵素あり、および酵素なしでの、(+/-)-、(S)-および(R)-NCBPAの変換を示し、実線でつながれた黒菱形もしくは白抜き菱形はそれぞれ、+/-NCBPA (酵素なし)、もしくは+/-NCBPA (酵素あり)を表し、実線で結ばれた黒四角もしくは白抜き四角はそれぞれ、(S)-NCBPA (酵素なし) もしくは(S)-NCBPA (酵素あり)を表し、さらに実線で結ばれた黒三角もしくは白抜き三角はそれぞれ、(R)-NCBPA (酵素なし) もしくは (R)-NCBPA (酵素あり)を表す。 (iii) The reverse reaction, i.e. cyclization of N-carbamoyl-β-phenylalanine, was found to have a significant ratio to hydrolysis, which was also highly (S) -selective and (R) -Little cyclization of enantiomers was observed. FIG. 6 shows the conversion of (+/-)-, (S)-and (R) -NCBPA with and without the enzyme, with the black or white diamonds connected by solid lines + // -NCBPA (without enzyme) or +/- NCBPA (with enzyme), black or white squares connected by solid lines are (S) -NCBPA (without enzyme) or (S) -NCBPA (enzyme, respectively) The black triangle or white triangle connected with a solid line represents (R) -NCBPA (without enzyme) or (R) -NCBPA (with enzyme), respectively.

6-PDHUのキラル加水分解のpH依存性
6-PDHUは、さまざまなpH値のTrisバッファー中で、50℃にて24時間インキュベートした。6-PDHUの相当なバックグラウンド加水分解は、pHおよびバッファーに強く依存して生じた。pH 7.0のTrisバッファー中で、0.5%のバックグラウンド加水分解が認められた。pH 9では、バックグラウンド加水分解は約20%に達した(図7)。
PH dependence of chiral hydrolysis of 6-PDHU
6-PDHU was incubated at 50 ° C. for 24 hours in Tris buffer at various pH values. Considerable background hydrolysis of 6-PDHU occurred strongly depending on pH and buffer. 0.5% background hydrolysis was observed in pH 7.0 Tris buffer. At pH 9, background hydrolysis reached approximately 20% (Figure 7).

ヒダントイナーゼ活性のpH依存性
6-PDHUをリン酸バッファー(0.1M、リン酸二水素カリウムおよびリン酸水素二カリウム、適当なpHに調整された量)またはTrisバッファー中で、さまざまなpH値にてインキュベートした(8時間まで、Sigma製D-ヒダントイナーゼ7 g/Lを使用)。約pH 7.5から約pH 9.0までの範囲で、もっとも高い変換率が観察された(図8、四角はリン酸バッファーを、菱形はTrisバッファーを表す)。
PH dependence of hydantoinase activity.
6-PDHU was incubated at various pH values (up to 8 hours) in phosphate buffer (0.1 M, potassium dihydrogen phosphate and dipotassium hydrogen phosphate, adjusted to the appropriate pH) or Tris buffer. Sigma D-hydantoinase 7 g / L). The highest conversion was observed in the range from about pH 7.5 to about pH 9.0 (FIG. 8, squares represent phosphate buffer and diamonds represent Tris buffer).

追加の実験において、リン酸もしくはTrisバッファーについて、さまざまなpHで、経時的に変換率を測定した。5 mM 6-PDHUをリン酸バッファー(pH 6.0, 7.0, 7.5, 8.0)およびTrisバッファー(pH 7.5)中で22時間インキュベートした。結果を図9(菱形、四角、三角および×印はそれぞれpH 6, pH 7, pH 7.5またはpH 8のリン酸バッファーを表し、黒丸はpH 7.5のTrisバッファーを表す)および表3(ee = 鏡像体過剰率[%])に示す。

Figure 0005919192
In additional experiments, conversion was measured over time at various pH for phosphate or Tris buffer. 5 mM 6-PDHU was incubated for 22 hours in phosphate buffer (pH 6.0, 7.0, 7.5, 8.0) and Tris buffer (pH 7.5). The results are shown in FIG. 9 (diamonds, squares, triangles and crosses represent phosphate buffer at pH 6, pH 7, pH 7.5 or pH 8, respectively, and black circles represent Tris buffer at pH 7.5) and Table 3 (ee = mirror image) Body excess rate [%]).
Figure 0005919192

変換は、リン酸バッファー中pH 6.0で望ましい基質の高い鏡像体過剰率で進行するが、変換率は7.00から8.00までのpH値での変換率と比較してかなり低い。   The conversion proceeds with a high enantiomeric excess of the desired substrate at pH 6.0 in phosphate buffer, but the conversion is considerably lower compared to conversion at pH values from 7.00 to 8.00.

アズキ(Vigna angularis)ヒダントイナーゼの基質特異性
実施例4に記載のように、さまざまな基質を合成し、ヒダントイナーゼが触媒する変換反応に供した[Trisバッファー (pH 7.5, 0.1M, 1.0 mL)、D-ヒダントイナーゼ (Sigma, 7g/L)、基質 (5mM溶液、芳香族置換基(4a, 4b, 4c)でなければバッファー中にあらかじめ溶解、芳香族置換基の場合、基質は100μL DMSOに溶解して900μLバッファーに加えた)]。反応は図10に示し、結果は表4に示すが、このE値は下記のように定義される:
E値 = (ln(1-[生成物]*(1+ee)))/(ln(1-[生成物]*(1-ee)))

Figure 0005919192
Substrate specificity of azuki bean (Vigna angularis) hydantoinase As described in Example 4, various substrates were synthesized and subjected to a conversion reaction catalyzed by hydantoinase (Tris buffer (pH 7.5, 0.1M, 1.0 mL), D -Hydantoinase (Sigma, 7g / L), substrate (5mM solution, aromatic substituents (4a, 4b, 4c) unless dissolved in buffer beforehand, substrate is dissolved in 100μL DMSO in the case of aromatic substituents) Added to 900 μL buffer)]. The reaction is shown in FIG. 10 and the results are shown in Table 4, whose E value is defined as follows:
E value = (ln (1- [product] * (1 + ee))) / (ln (1- [product] * (1-ee)))
Figure 0005919192

ヒダントイナーゼが触媒する変換に及ぼす有機共溶媒の影響
5 mM 6-PDHUの生物学的変換は、2% DMSO含有バッファー、およびMTBE(約5容量%)またはブタン-2-オール(約15容量%)で飽和したバッファー中で、5 mLスケールで実施した。結果を図11に示すが、そこで菱形はバッファーを表し、四角は2% DMSO含有バッファー、三角はMTBE含有バッファー、そして×印はブタン-2-オール含有バッファーを表す。DMSOもMTBEも変換にあまり影響を及ぼさなかったが、ブタン-2-オールは使用した濃度でNCBPAの量を減少させた。
Effects of organic cosolvents on the conversion catalyzed by hydantoinase
Biotransformation of 5 mM 6-PDHU is performed on a 5 mL scale in 2% DMSO containing buffer and buffer saturated with MTBE (approximately 5% by volume) or butan-2-ol (approximately 15% by volume) did. The results are shown in FIG. 11, where diamonds represent buffers, squares represent 2% DMSO-containing buffers, triangles represent MTBE-containing buffers, and crosses represent butan-2-ol-containing buffers. Neither DMSO nor MTBE had a significant effect on the conversion, but butan-2-ol reduced the amount of NCBPA at the concentrations used.

変換および鏡像体過剰率に及ぼす酵素量の影響
5 mM 6-PDHUを含有するそれぞれ5 mL Trisバッファー、pH 7.5の全反応容量で、温度50℃にて、3つの反応設定を並行して実施した。1つの反応では、通常の酵素量(7 g/L)を用いたが、他の設定は0.25倍相当量(1.75 g/L)および4倍相当量(28 g/L)をそれぞれ含有した。N-カルバモイル-β-フェニルアラニン(NCBPA)の生成、およびS-エナンチオマーの鏡像体過剰率をさまざまな時点で測定した。結果を図12に示すが、この縦線、斜線、または横線で網掛けされた柱状図はそれぞれ、0.25倍、1倍、または4倍相当量の酵素の存在下で得られたNCBPAの濃度を表し、菱形、四角および三角はそれぞれ、0.25倍、1倍、または4倍相当量の酵素の存在下での対応する鏡像体過剰率を表す。
Effect of enzyme content on conversion and enantiomeric excess
Three reaction settings were performed in parallel at a temperature of 50 ° C. with a total reaction volume of 5 mL Tris buffer, pH 7.5 each containing 5 mM 6-PDHU. In one reaction, the normal enzyme amount (7 g / L) was used, while the other settings contained 0.25 times equivalent (1.75 g / L) and 4 times equivalent (28 g / L), respectively. The production of N-carbamoyl-β-phenylalanine (NCBPA) and the enantiomeric excess of the S-enantiomer were measured at various time points. The results are shown in FIG. 12, where the column, shaded with vertical, diagonal, or horizontal lines, shows the concentration of NCBPA obtained in the presence of 0.25-fold, 1-fold, or 4-fold equivalent enzyme, respectively. The diamonds, squares and triangles represent the corresponding enantiomeric excess in the presence of 0.25, 1 or 4 times the equivalent amount of enzyme, respectively.

ヒダントイナーゼにより触媒される反応のスケールアップ
3つの独立して行われた生物学的変換において、20 mM 6-PDHUを、25 mMバッファー(TrisバッファーpH 7.5)の全反応容量で、175 mgヒダントイナーゼの存在下50℃にてインキュベートした。バッファーのpHは6-PDHUの添加後に調整し、NaOHの自動滴定により反応過程のあいだ一定に保った。NCBPAの濃度、およびS-エナンチオマーの鏡像体過剰率を測定するために、さまざまな時点で一定量を分け取った。結果をそれぞれ図13および図14に示す。図13において、菱形、四角および三角はそれぞれリアクターラン1、リアクターラン2、およびリアクターラン3を表す。図14において、菱形、四角および三角はそれぞれリアクターラン1、リアクターラン2、およびリアクターラン3で観察された鏡像体過剰率を表し、実線、破線、および点線はそれぞれリアクターラン1、リアクターラン2、およびリアクターラン3で観察された鏡像体過剰率の、もっとも当てはまる曲線を表す。
Scale-up of reactions catalyzed by hydantoinase
In three independent biotransformations, 20 mM 6-PDHU was incubated at 50 ° C. in the presence of 175 mg hydantoinase with a total reaction volume of 25 mM buffer (Tris buffer pH 7.5). The pH of the buffer was adjusted after the addition of 6-PDHU and kept constant during the reaction process by automatic titration of NaOH. To measure the concentration of NCBPA and the enantiomeric excess of the S-enantiomer, aliquots were divided at various time points. The results are shown in FIGS. 13 and 14, respectively. In FIG. 13, diamonds, squares, and triangles represent reactor run 1, reactor run 2, and reactor run 3, respectively. In FIG. 14, diamonds, squares and triangles represent the enantiomeric excess observed in Reactor Run 1, Reactor Run 2, and Reactor Run 3, respectively, and the solid, dashed, and dotted lines represent Reactor Run 1, Reactor Run 2, And represents the most applicable curve of enantiomeric excess observed in Reactor Run 3.

配列番号のまとめ
配列番号1 - 単離されたヒダントイナーゼから得られたペプチド配列
配列番号2 - 単離されたヒダントイナーゼから得られたペプチド配列
配列番号3 - 単離されたヒダントイナーゼから得られたペプチド配列
配列番号4 - 単離されたヒダントイナーゼから得られたペプチド配列
配列番号5 - 単離されたヒダントイナーゼから得られたペプチド配列
配列番号6 - 配列基準としてダイズ(Glycine max)由来のヒダントイナーゼ
配列番号7 - 単離されたヒダントイナーゼから得られた部分的ペプチド配列
略号
NCBPA - N-カルバモイル-β-フェニルアラニン
6PDHU - 6-フェニルジヒドロウラシル
Summary of SEQ ID NO: SEQ ID NO: 1-Peptide sequence obtained from isolated hydantoinase SEQ ID NO: 2-Peptide sequence obtained from isolated hydantoinase SEQ ID NO: 3-Peptide sequence sequence obtained from isolated hydantoinase SEQ ID NO: 5-Peptide sequence obtained from isolated hydantoinase SEQ ID NO: 5-Peptide sequence obtained from isolated hydantoinase SEQ ID NO: 6-Hydantoinase from soybean (Glycine max) as a sequence reference SEQ ID NO: 7-Isolation Partial peptide sequence abbreviations obtained from purified hydantoinases
NCBPA-N-carbamoyl-β-phenylalanine
6PDHU-6-Phenyldihydrouracil

Claims (17)

βアミノ酸前駆体を生体触媒により生産するための方法であって、該方法は、少なくとも1つの一般式(I)、
Figure 0005919192
[式中、R1 およびR2 が、互いに独立して、
水素、
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖低級アルキル基、
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖低級アルケニル基、
置換されていてもよい、環状アルキル基、
置換されていてもよい、単環式もしくは多環式アリール基、
置換されていてもよい、単環式もしくは多環式ヘテロアリール基、
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖アルコキシ基、
アミノ基、
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖アルキルアミノ基、
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖アルキルチオ基、
置換されていてもよい、直鎖もしくは分岐鎖アシル基、
カルボキシル基または
アルデヒド基
から選択される]
で表される基質、
ここで該基質は立体異性として純粋な形態で、または立体異性体の混合物として存在しており、該立体異性として純粋な形態または立体異性体の混合物は塩であってもよい、
をヒダントインおよび/またはジヒドロピリミジン環の加水分解を触媒する、少なくとも1つの酵素の存在下で反応させ、
それにより、一般式(II)のβアミノ酸前駆体、
Figure 0005919192
[式中、R1 およびR2 は上記と同一である]
を生成すること、
を含んでなる方法であり、
前記方法に使用される少なくとも1つの酵素が、
(a)ヒダントイナーゼおよび/もしくはジヒドロピリミジナーゼ活性を有し、アズキ(Vigna angularis)から得られ、配列番号5および配列番号7のアミノ酸配列の少なくとも1つを含み、SDS-PAGEによる測定で約55kDの分子量を示す酵素であって、「約」という用語は、示された値の±5%の変動を示す、酵素であるか、
または
(b)(a)の酵素に対して1〜10アミノ酸の付加、置換、欠失および/もしくは逆位を有し、配列番号5もしくは配列番号7に対して少なくとも95%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含み、ヒダントイナーゼおよび/もしくはジヒドロピリミジナーゼ活性を有する酵素である
ことを特徴とする、前記方法。
A method for producing a β-amino acid precursor with a biocatalyst comprising at least one general formula (I),
Figure 0005919192
[Wherein R 1 and R 2 are independently of each other,
hydrogen,
An optionally substituted linear or branched lower alkyl group,
A linear or branched lower alkenyl group, which may be substituted,
An optionally substituted cyclic alkyl group,
An optionally substituted monocyclic or polycyclic aryl group,
A monocyclic or polycyclic heteroaryl group, which may be substituted,
A linear or branched alkoxy group which may be substituted,
An amino group,
A linear or branched alkylamino group which may be substituted,
An optionally substituted linear or branched alkylthio group,
An optionally substituted linear or branched acyl group,
Selected from carboxyl group or aldehyde group]
A substrate represented by
Wherein the substrate is present in stereoisomerically pure form or as a mixture of stereoisomers, the stereoisomerically pure form or mixture of stereoisomers may be a salt,
In the presence of at least one enzyme that catalyzes the hydrolysis of the hydantoin and / or dihydropyrimidine ring,
Thereby, a β-amino acid precursor of the general formula (II),
Figure 0005919192
[Wherein R 1 and R 2 are the same as above]
Generating,
A method comprising
At least one enzyme used in the method is
(a) has a hydantoinase and / or dihydropyrimidinase activity, obtained from azuki bean (Vigna angularis), viewed at least Tsuo含amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 7, about as determined by SDS-PAGE An enzyme exhibiting a molecular weight of 55 kD, wherein the term “about” is an enzyme exhibiting a ± 5% variation of the indicated value ;
Or
(b) has 1-10 amino acid additions, substitutions, deletions and / or inversions to the enzyme of (a) and has at least 95% sequence identity to SEQ ID NO: 5 or SEQ ID NO: 7 Said method characterized in that it is an enzyme comprising an amino acid sequence and having hydantoinase and / or dihydropyrimidinase activity.
式(II)の前記βアミノ酸前駆体を、対応する式(III)のβアミノ酸
Figure 0005919192
[式中R1およびR2は請求項1の記載と同じ意味を有する]
に変換することをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。
The β-amino acid precursor of formula (II), the corresponding β-amino acid of formula (III)
Figure 0005919192
[Wherein R 1 and R 2 have the same meaning as described in claim 1]
The method of claim 1, further comprising converting to:
βアミノ酸前駆体の変換が、酸性pHで、またはカルバモイラーゼの存在下で起こる、請求項2に記載の方法。   3. The method of claim 2, wherein the conversion of the beta amino acid precursor occurs at acidic pH or in the presence of a carbamoylase. R2がHであり、R1が置換されていてもよいアリール基である、請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。 The method according to claim 1 , wherein R 2 is H and R 1 is an optionally substituted aryl group. 反応がTris緩衝、またはホウ酸緩衝反応混合物中で行われる、請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the reaction is carried out in a Tris buffer or borate buffer reaction mixture. 反応が約7.0から約11.0までのpHで実施され、ここで、「約」という用語は、示された値の±5%の変動を示す、請求項1〜5のいずれか1つに記載の方法。   6. The reaction according to any one of claims 1-5, wherein the reaction is carried out at a pH of about 7.0 to about 11.0, wherein the term "about" indicates a ± 5% variation in the indicated value. Method. 反応が、約1%から約20%までのジメチルスルホキシド存在下で実施され、ここで、「約」という用語は、示された値の±5%の変動を示す、請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法。   The reaction is carried out in the presence of about 1% to about 20% dimethyl sulfoxide, wherein the term "about" indicates a ± 5% variation of the indicated value. The method according to any one of the above. 反応が、約30℃〜約60℃の温度で実施され、ここで、「約」という用語は、示された値の±5%の変動を示す、請求項1〜7のいずれか1つに記載の方法。   The reaction is carried out at a temperature of about 30 ° C. to about 60 ° C., wherein the term “about” indicates a variation of ± 5% of the indicated value according to any one of claims 1-7. The method described. 反応が、約1時間から約25時間まで行われ、ここで、「約」という用語は、示された値の±5%の変動を示す、請求項1〜8のいずれか1つに記載の方法。   9. The reaction according to any one of claims 1 to 8, wherein the reaction is carried out from about 1 hour to about 25 hours, wherein the term "about" indicates a ± 5% variation in the indicated value. Method. 少なくとも1つの基質が、5位または6位で一置換されたジヒドロウラシルである、請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法。   10. A method according to any one of claims 1 to 9, wherein the at least one substrate is dihydrouracil monosubstituted at the 5 or 6 position. 少なくとも1つの酵素が、配列番号5のアミノ酸配列および配列番号7のアミノ酸配列を含む、請求項1〜10のいずれか1つに記載の方法。   11. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the at least one enzyme comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7. 反応がTris緩衝反応混合物中で行われる、請求項1〜11のいずれか1つに記載の方法。   12. A method according to any one of the preceding claims, wherein the reaction is carried out in a Tris buffer reaction mixture. 反応が約7.5から約8.0までのpHで実施され、ここで、「約」という用語は、示された値の±5%の変動を示す、請求項1〜12のいずれか1つに記載の方法。   13. The reaction according to any one of claims 1-12, wherein the reaction is carried out at a pH of about 7.5 to about 8.0, wherein the term "about" indicates a ± 5% variation in the indicated value. Method. 反応が、約10%のジメチルスルホキシド存在下で実施され、ここで、「約」という用語は、示された値の±5%の変動を示す、請求項1〜13のいずれか1つに記載の方法。   14. The reaction is performed in the presence of about 10% dimethyl sulfoxide, wherein the term “about” indicates a ± 5% variation in the indicated value. the method of. 反応が、約40℃〜約50℃の温度で実施され、ここで、「約」という用語は、示された値の±5%の変動を示す、請求項1〜14のいずれか1つに記載の方法。   The reaction is carried out at a temperature of about 40 ° C. to about 50 ° C., wherein the term “about” indicates a variation of ± 5% of the indicated value according to any one of claims 1-14. The method described. 反応が、約4時間から約5時間まで行われ、ここで、「約」という用語は、示された値の±5%の変動を示す、請求項1〜15のいずれか1つに記載の方法。   The reaction is performed from about 4 hours to about 5 hours, wherein the term "about" indicates a ± 5% variation in the indicated value. Method. 少なくとも1つの基質が、6-フェニルジヒドロウラシル、4-フルオロ-6-フェニルジヒドロウラシル、3-ブロモ-6-フェニルジヒドロウラシル、5-メチルジヒドロウラシル、および6-メチルジヒドロウラシルからなる群より選択される、請求項1〜16のいずれか1つに記載の方法。   At least one substrate is selected from the group consisting of 6-phenyldihydrouracil, 4-fluoro-6-phenyldihydrouracil, 3-bromo-6-phenyldihydrouracil, 5-methyldihydrouracil, and 6-methyldihydrouracil. The method according to any one of claims 1 to 16.
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